CN111272792A - 电镜样品前处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电镜样品前处理设备，包括处理箱、射频离子源、气路系统及真空泵组；处理箱内设有样品腔室；射频离子源连接处理箱并与样品腔室连通；气路系统连接射频离子源，气路系统为射频离子源提供所需的气源；真空泵组连接处理箱并与样品腔室连通，真空泵组用于对样品腔室及射频离子源抽真空。可以在同一个样品腔室同时清洗扫描电子显微镜样品和透射电子显微镜样品，也可以分别独立清洗扫描电子显微镜样品或透射电子显微镜样品，通用性强，有效降低成本；通过射频离子源处理待透射电镜观察并需要亲水性制备的透射电镜样品，实现对透射电镜样品亲水活化无损处理；实现对电镜样品进行真空储存，有效保证电镜样品的质量。

Description

电镜样品前处理设备

技术领域

本发明涉及电子显微镜配件技术领域，特别是涉及一种电镜样品前处理设备。

背景技术

在扫描电镜领域，导电性能差的样品在扫描电镜中长时间进行低加速电压、大倍率成像，或进行EDX(energy dispersive x-ray spectroscopy，能量色散x射线光谱仪)成分分析和FIB聚焦离子束操作过程中，可能会在测试区域形成“黑框”，这通常是由聚合物碳沉积引起。其成因在于，当高能电子撞击样品表面时，它们产生大量低能二次电子(SE，secondary electrons)，二次电子由于其较低的速度而与样品表面残留的有机污染物分子具有高得多的相互作用面，它们分解有机污染，并在成像区域周围造成“碳沉积”(碳氢化合物或烃)。当表面被薄层烃覆盖时，二次电子产率将降低，于是该区域就会形成影响成像的“黑框”，甚至随碳积影响，表面会累积电荷导致无法清晰成像。更有甚者，碳氢化合物污染严重的时候，可能会导致电子光学成像部件及探测器等污染，使电子束及成像漂移。

在透射电镜领域，制备透射电镜样品过程中，势必会或多或少的人为引入了有机污染物到待观察样品表面或样品杆端部。这些有机污染物会随样品/样品杆带入到透射电镜真空样品腔室中，污染样品成像，甚至会污染整个透射电镜样品样品腔室系统。进行高分辨透射电镜HRTEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy，高分辨率的透射电镜)成像过程中，有机污染物可能会覆盖在观察样品表面，影响高分辨成像；进行扫描透射STEM成像过程中，扫描模式下会产生大量的低能二次电子。二次电子由于其较低的能量和速度而与环境污染物气体分子具有高得多的相互作用面，它们分解有机污染，并在成像区域周围造成“碳沉积”(碳氢化合物或烃)。当表面被薄层烃覆盖时，该区域二次电子产率将降低，STEM成像过程中会表现为“白框”。

从而在对样品进行电镜成像前，需要对样品进行清洗，传统样品清洗设备结构设计欠合理，只能对扫描电镜产品或透射电镜样品进行清洗，通用性不强，成本高。

另外，在透射电镜领域，针对纳米颗粒、纳米棒材、纳米管、生物材料等样品制备过程中，需要将样品分散于去离子水中，并滴定到微栅碳膜载网上承载，以便放入透射电镜内观察表明。而未经处理的微栅碳膜载网表现为疏水性，需要等离子体对超薄碳膜进行活化处理，使之由“疏水性”转变为“亲水性”。

此外，扫描电镜样品及透射电镜样品长期暴露于大气，空气中水汽及残留污染物会附着于样品表面。当样品进入扫描电镜或透射电镜中时，会发生：1.样品表面残存水汽缓慢地释放，大大延长了电镜抽真空时间(特别原位透射电镜样品杆内部结构复杂，内表面积大大增加，其进入透射电镜后抽真空延时现象尤甚)；2.残留污染物会污染待观察样品，甚至会污染电镜样品腔室及内部极靴、探测器等等。从而需要对样品进行保存。传统方式是采用加热台或卤光灯等方式将样品加热到200℃以上，让残留水汽及污染物尽可能挥发，同时，将样品存放在含有干燥剂的干燥箱内，用以隔绝大气中水汽及污染物。但是，这种利用干燥箱存储，并用加热方式去除水汽及污染物方式依然存在较大风险。例如，需要经常频繁更换干燥剂，干燥箱内水汽及污染物并不能完全从大气隔绝开来，烘烤过程中可能会对样品改性，烘烤从另一个方面又延长了样品前处理的时间等。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种电镜样品前处理设备。

一种电镜样品前处理设备，包括处理箱、射频离子源、气路系统及真空泵组；所述处理箱内设有样品腔室；所述射频离子源连接处理箱并与样品腔室连通；所述气路系统连接射频离子源，所述气路系统为射频离子源提供所需的气源；所述真空泵组连接处理箱并与所述样品腔室连通，所述真空泵组用于对所述样品腔室及所述射频离子源抽真空。

上述电镜样品前处理设备，实现对电镜样品及透射样品杆进行真空等离子清洗，有效减轻甚至消除电镜成像过程中电镜样品或电镜样品杆的积碳影响，可以在同一个样品腔室同时清洗扫描电子显微镜样品和透射电子显微镜样品，也可以分别独立清洗扫描电子显微镜样品或透射电子显微镜样品，通用性强，有效降低成本；通过射频离子源处理待透射电镜观察并需要亲水性制备的透射电镜样品，实现对透射电镜样品亲水活化无损处理；实现对电镜样品进行真空储存，有效保证电镜样品的质量。

在其中一个实施例中，还包括隔板，所述隔板安装在所述样品腔室内，以将所述样品腔室分隔成强处理区及弱处理区。

在其中一个实施例中，还包括射频电源，所述射频电源连接所述射频离子源以对所述射频离子源进行供电。

在其中一个实施例中，还包括透射样品杆连接管，所述透射样品杆连接管连接所述处理箱，且所述透射样品杆连接管内与所述样品腔室连通。

在其中一个实施例中，所述透射样品杆连接管的数量为多个，多个透射样品杆连接管并列间隔设置。

在其中一个实施例中，所述射频离子源与所述处理箱的一侧壁连接，所述透射样品杆连接管与所述处理箱远离所述射频离子源的一侧壁连接。

在其中一个实施例中，还包括第一法兰及第二法兰，所述射频离子源的一端通过所述第一法兰与所述处理箱的侧壁固定连接；所述透射样品杆连接管的一端通过所述第二法兰与所述处理箱的侧壁固定连接。

在其中一个实施例中，所述处理箱上设有观察窗口，所述观察窗口连通所述样品腔室。

在其中一个实施例中，所述处理箱包括箱体及上盖，所述样品腔室设于箱体内，所述箱体上设有连通样品腔室的开口，所述上盖盖合在所述开口上。

在其中一个实施例中，所述处理箱还包括铰链及锁紧组件，所述铰链连接所述箱体的一端及所述上盖的一端，所述锁紧组件设于所述箱体远离所述铰链的一端，所述锁紧组件用于将上盖锁紧在所述箱体上。

附图说明

图1为本发明的电镜样品前处理设备的结构示意图；

图2为图1的电镜样品前处理设备的俯视图；

图3为图1的电镜样品前处理设备的左侧图，其中省略机箱；

图4为图1的电镜样品前处理设备的B处放大示意图；

图5为图1的电镜样品前处理设备的处理箱及隔板的结构示意图，其中省略上盖。

附图中各标号的含义为：

机箱10，进气口端11，出气口端12，处理箱20，观察窗口21，箱体22，上盖23，铰链24，锁紧组件25，第一固定块26，第一通槽260，第二固定块27，第二通槽270，摆杆28，压紧旋钮29，垫片290，射频离子源30，第一法兰40，气路系统50，透射样品杆连接管60，第二法兰70，真空泵组80，真空规90，触控系统100，隔板110，通孔111，强处理区210，弱处理区211。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参考图1至图5，为本发明一较佳实施方式的电镜样品前处理设备，包括包括机箱10、处理箱20、射频离子源30、气路系统50及真空泵组80；处理箱20安装在机箱10的顶部上，处理箱20内设有样品腔室；射频离子源30安装在机箱10的顶部上，且射频离子源30设于处理箱20的一侧，射频离子源30连接处理箱20并与样品腔室连通；气路系统50安装在机箱10内，气路系统50连接射频离子源30，气路系统50为射频离子源30提供所需的气源；真空泵组80安装在机箱10内，真空泵组80连接处理箱20并与样品腔室连通，真空泵组80用于对样品腔室及射频离子源30抽真空。

上述电镜样品前处理设可以实现对电镜样品进行等离子清洗、亲水活化处理及真空储存功能，具体工作原理如下：

1、等离子清洗的工作原理为：将电镜样品放置在处理箱20的样品腔室内，气路系统50向射频离子源30通入所需的气源，射频离子源30通入气源后产生的等离子体被电磁场束缚于射频离子源30内部，只有部分电中性的活性氧原子由于气压差的作用源源不断地被“挤压”进入到样品腔室内，与电镜样品表面残留的有机污染物发生化学反应，生成CO2、CO及H2O并被真空泵组80抽出，实现电镜样品成像无积碳目的，同时提高成像分辨率及衬度。

需要说明的是，本申请的电镜样品前处理设备特别适用于场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)样品、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)样品、高分辨透射电镜(HRTEM)样品及球差透射电镜(Cs-TEM)样品的等离子清洗。

2、亲水活化处理的工作原理为：将透射电镜样品放置在处理箱20的样品腔室内，气路系统50为射频离子源30提供氧气，射频离子源30通入氧气后产生的等离子体被电磁场束缚于射频离子源30内部，只有部分电中性的活性氧原子由于气压差的作用源源不断地被“挤压”进入到样品腔室内，与电镜样品表面发生作用，提高表面能使之亲水(表面氧原子与水形成氢键，使后者有序平铺)。

3、真空储存的工作原理为：将电镜样品放置在样品腔室内，真空泵组80对样品腔室进行抽真空，同时将电镜样品表面残留气体及污染物抽走。

在其中一个实施例中，处理箱20上设有观察窗口21，观察窗口21连通样品腔室，从而可通过观察窗口21观察电镜样品在样品腔室内的处理状态，例如通过观察窗口21可以实时观察电镜样品等离子清洗的过程。需要说明的是，处理箱20对应观察窗口21的位置设置有透明板，透明板用于密封观察窗口21。

处理箱20包括箱体22及上盖23，样品腔室设于箱体22内，箱体20上设有连通样品腔室的开口，上盖23盖合在开口上，观察窗口21设于上盖23上。可以理解地，取放电镜样品时，将上盖23打开，从而可通过开口将电镜样品放入至样品腔室内或将电镜样品从样品腔室内取出。

上盖23与箱体22的连接方式可以为多种，例如上盖23可以通过卡扣方式扣接在箱体22对应开口的周测，上盖23可以与箱体22铰接，或由于开口设于箱体20的上端，从而可以是直接将上盖23在箱体20的上端以密封开口。

请参考图1、图2及图4，具体到本实施例中，处理箱20还包括铰链24及锁紧组件25，铰链24连接箱体22的一端及上盖23的一端，从而上盖23可相对箱体22转动以打开或关闭上盖23，锁紧组件25设于箱体22远离铰链24的一端，锁紧组件25用于将上盖23锁紧在箱体22上。具体地，锁紧组件25包括第一固定块26、第二固定块27、摆杆28及压紧旋钮29。第一固定块26设置在箱体22远离铰链24的一端上，进一步地，第一固定块26与箱体20靠近开口的外周侧壁通过螺钉连接，第一固定块26上设有第一通槽260。第二固定块27设置在上盖23远离铰链24的一端上，第二固定块27与第一固定块26对应设置，进一步地，第二固定块27与上盖23靠近开口的外周侧壁通过螺钉连接，第二固定块27上设有第二通槽270，第二通槽270与第一通槽260对应连通。摆杆28的一端位于第一通槽260内并与第一固定块26铰接，压紧旋钮29与摆杆28远离第一通道260的一端螺纹连接。处于锁紧状态时，摆杆28的部分位于第二通槽270内，且摆杆28远离第一通道260的一端延伸出第二固定块27背离第一固定块26的一侧，压紧旋钮29压紧在第二固定块27背离第一固定块26的一侧上。

可以理解地，需要打开上盖23时，相对摆杆28水平旋转压紧旋钮29，以使压紧旋钮29远离第二固定块27，即松开压紧旋钮29对第二固定块27的压紧状态，朝第一方向转动摆杆28，以使摆杆29脱离第二通槽270，此时上盖23与箱体22之间处于解锁状态，从而可打开上盖23。同理，需要将上盖23锁紧在箱体22上时，朝第二方向转动摆杆28，第二方向与第一方向相反，以使摆杆28的部分卡设在第二通槽270内，且摆杆28远离第一通道260的一端延伸出第二固定块27背离第一固定块26的一侧，相对摆杆28水平旋转压紧旋钮29，以使压紧旋钮29压紧在第二固定块27背离第一固定块26的一侧上，此时，上盖23与箱体22之间处于锁紧状态，不可打开上盖。

在其中一个实施例中，压紧旋钮29与第二固定块27之间设置有垫片290，垫片290套设在摆杆28上，通过设置垫片290，以使压紧旋钮29更稳定地压紧在第二固定块27的水平面上，防止压紧旋钮29与第二固定块27之间出现滑动现象。

在本实施例中，射频离子源30为RF(Radio Frequency，射频收发核心电路射频)射频离子源。射频离子源30与处理箱20的一侧壁连接。在本实施例中，射频离子源30与处理箱20的一侧壁中部连接。具体地，电镜样品前处理设备还包括第一法兰40，射频离子源30的一端通过第一法兰40与处理箱20的侧壁固定连接。

气路系统50设置在射频离子源30的下发，气路系统50可为射频离子源30提供单一气源或多路气源，从而实现针对不同电镜样品采用不同离子清洗气体处理的目的。具体地，机箱10上设置有进气口端11及出气口端12，进气口端11连接外部气源，气路系统50通过气体管路连接进气口端11，进气口端11的数量可以为一个或多个，从而可连接多路气源。在本实施例中，进气口端11的数量为两个。出气口端12通过气体管路连接射频离子源30及气路系统40，从而气路系统40将气源通过出气口端12及气体管路输入至射频离子源30内。

请参考图3，在其中一个实施例中，气路系统50上设置有气体质量流量控制器，气体质量流量控制器为MFC质量流量控制器，通过气体质量流量控制进入至气路系统50的气体流量，可以理解第，当进气口端11的数量为多个，质量流量控制同时控制多路气体流量，多路气体在气路系统50内混合后经出气口端12及气体管路输入至射频离子源30内，射频离子源30产生气体等离子实现对离子样品腔室内的电镜样品清洗的目的。

请参考图1及图2，在其中一个实施例中，电镜样品前处理设备还包括透射样品杆连接管60，透射样品杆连接管60连接处理箱20，且透射样品杆连接管60内与样品腔室连通，进一步地，透射样品杆连接管60与处理箱20远离射频离子源30的一侧壁连接。具体地，电镜样品前处理设备还包括第二法兰70，透射样品杆连接管60的一端通过第二法兰70与处理箱20的侧壁固定连接。透射样品杆连接管60用于供透射样品杆插接，可以理解地，透射样品杆的一端穿过透射样品杆连接管60插入至处理箱20的样品腔室，从而可对透射样品杆进行等离子清洗及真空储存。透射样品杆连接管60的数量可以为一个或多个。若透射样品杆连接管60的数量为多个时，多个透射样品杆连接管60并列间隔设置，可满足多个透射样品杆同时进行等离子清洗或真空储存。例如，当透射样品杆连接管60的数量两个时，两个透射样品杆连接管60并列间隔设置，每个透射样品杆连接管60可供透射样品杆插入，从而能够满足两个透射样品同时插入到处理相关20的样品腔室内，实现两个透射样品同时等离子清洗或两个透射样品杆同时高真空存储的目的。同理，当透射样品杆连接管60的数量三个时，三个透射样品杆连接管60并列间隔设置，能够满足三个透射样品杆同时插入到样品腔室内，实现三个透射样品同时进行等离子清洗或三个透射样品杆同时高真空存储的目的。

请参考图3，真空泵组80设置在处理箱20的正下方，真空泵组80与处理箱20的底部中心连接。在本实施例中，真空泵组80包括涡轮分子泵和隔膜泵，采用无油分子泵及无油隔膜泵，为样品腔室提供高真空无油环境，实现高真空无油环境存储及等离子清洗处理，可以有效电镜样品被油污染，即避免电镜样品前处理时导致二次污染。需要说明的是，若采用采用油机械泵抽真空，在对电镜样品进行前处理过程中，会使得样品腔室内出现残余机械泵油而污染电镜样品。

请参考图1及图2，在其中一个实施例中，电镜样品前处理设备还包括真空规90，真空规90连接处理箱20并与样品腔室内连通，具体地，真空规90与射频离子源30位于处理箱20的同一侧，且真空规90与射频离子源30并列间隔设置，同时真空规90也是通过法兰与处理箱20的侧壁连接。真空规90用于实时监测样品腔室内的真空度数值，由于样品腔室与射频离子源30及透射样品杆连接管60，从而通过真空规90监测样品腔室内的真空度数值便可知晓整个电镜样品前处理设备内的真空度数值。

在其中一个实施例中，电镜样品前处理设备还包括射频电源(图未示)，射频电源安装在机箱10内。射频电源连接射频离子源30以对射频离子源30进行供电。

请参考图1至图3，电镜样品前处理设备还包括触控系统100，触控系统100安装在机箱10的外部上，触控系统100与射频离子源30、气路系统50、真空泵组80及射频电源电连接，触控系统100用于控制触控系统100，触控系统100与射频离子源30、气路系统50、真空泵组80及射频电源的运行。

请参考图5，电镜样品前处理设备还包括隔板110，在本实施例中，隔板110为栅网，即隔板110上设有多个通孔111，多个通孔111呈阵列式分布。当然也可以根据待清洗电镜样品的具体情况，设计通孔111的形状、尺寸、排列及开孔位置等。隔板110安装在样品腔室内以将样品腔室分隔成强处理区210及弱处理区211，强处理区210与射频离子源30连通样品腔室的位置对应设置，从而射频离子源30产生的活性氧原子首先进入到样品腔室的强处理区210中，随后会从强处理区210扩散到弱处理区211中，由于隔板110的存在，会极大限制从强处理区210扩散到弱处理区211活性原子的浓度和强度，从可根据体积大小不同、污染程度不同或离子清洗耐受程度不同的待处理电镜样品，分别对应地放置于样品腔室的强处理区210和弱处理区211，以实现同时对不同的电镜样品进行等离子清洗。

进一步地，隔板110拆卸地安装在样品腔室内，且隔板110可随意安装在样品腔室内的任意位置，另外隔板110的数量可以为0个、1个或多个，可根据待处理样品体积、污染程度、离子清洗耐受度大小等具体情况，是否在样品腔室内安装隔板110、隔板110安装在样品腔室内的位置及隔板110安装在样品腔室内的数量。

在本实施例中，在样品腔室内安装两个隔板110，两个隔板110将样品腔室分隔成一个强处理区210和两个弱处理区211，且两个弱处理区211分别设于强处理区210的相对两侧。在另一个实施例中，在样品腔室内安装一个隔板110，隔板110将样品腔室分隔成一个强处理区210及一个弱处理区211。

需要说明的是，当样品腔室内未安装隔板110时，整个样品腔室内的活性原子的浓度和强度相差不大，能够清洗较大体积电镜样品。

当然，在其他实施例中，隔板110也可以为实心板，即隔板110上未设有通孔111，当隔板110为实心板时，隔板110将样品腔室分隔成强处理区210和弱处理区211，强处理区210与射频离子源30连通样品腔室的位置对应设置，从而射频离子源30产生的活性氧原子直接进入到样品腔室的强处理区210中，而由于隔板110为实心板，从而强处理区210中的活性氧原子无法扩散至弱处理区211，可以理解第，强处理区210为清洗区，弱处理区211为非清洗区，可实现对较小体积的电镜样品进行处理，有效减少资源的浪费。

以下通过实验说明在样品腔室安装隔板110的效果：

实验一

采用两个隔板110将样品腔室分隔成一个强处理区210和两个弱处理区211，隔板110为栅网，且隔板110上的通孔111直径为5mm，且两个弱处理区211分别设于强处理区210的相对两侧，强处理区210与射频离子源30连通样品腔室的位置对应设置。

利用石英晶振膜厚仪表明相同功率，相同工作气压条件下，不同清洗位置的清洗速率数据。在实验前，在膜厚仪探头的石英晶振片上利用磁控溅射沉积一定厚度的石墨薄膜，并利用台阶仪定量化测量膜厚，等离子清洗后，再次利用台阶仪测量清洗后的碳膜厚度，进而获得清洗速率。本次实验工艺为：功率40W，工作气压1.4Pa干燥空气，获得清洗速率结果参考表一：

表一、相同功率、气压条件下，强处理区和弱处理区的离子清洗速率

从表一的实验数据结果可以看出，在相同功率、气压条件下，强处理区的清洗速率大于弱处理区。

实验二

利用朗缪尔探针表明相同功率，相同工作气压条件下，强处理区和弱处理区的不同清洗位置的实时离子能量数据。本次实验工艺为：功率40W，工作气压1.4Pa干燥空气，获得离子平均能量结果参考表二：

实验编号	功率/W	工作气压/Pa	朗缪尔探针位置	离子平均能量/eV
					2-1	40	1.4	强处理区	18.3
2-2	40	1.4	弱处理区	4.6

表二、相同功率、气压条件下，强处理区和弱处理区的离子平均能量

从实验二的的实验数据结果可以看出，在相同功率、气压条件下，强处理区的离子平均能量大于弱处理区的离子平均能量。

以下通过实验说明电镜样品通过本申请的电镜样品前处理设备进行等离子清洗前后的成像效果对比：

将块状ZrO2扫描电镜样品放置在样品腔室的中心位置，因为样品体积较大，没有安装隔板110，通过触控系统100控制真空泵组80对电镜样品前处理设备内抽真空至5*E-4Pa(甚至更高的真空度)。进气端口11连接干燥空气气源，通过触控系统100控制气路系统50的精密气体流量控制器，通入射频离子源30内干燥空气并稳定气压在0.5Pa。通过触控系统100设定离子清洗参数：功率40W，清洗时间10min，启动射频离子源30对样品腔室内的块状ZrO2样品进行离子清洗。

处理结束后取出块状ZrO2样品并放入扫描电镜中成像观察，获得等离子清洗后扫描电镜二次电子SE成像结果，对比相同样品，相同区域在相同成像参数条件下，ZrO2样品经过真空等离子清洗后相对等离子清洗前扫描电镜二次电子SE成像，样品表面SE形貌像衬度提高，晶界变明锐，析出相/第二相能够轻易分辨。

以下通过实验说明投射样品杆上的样品通过本申请的电镜样品前处理设备进行等离子清洗前后的成像效果对比：

碳量子点/石墨烯透射电镜样品分散在去离子水中，滴在超薄碳膜(3-5nm厚)微栅铜网上，风干后安置于透射样品杆前端。因为无论碳量子点/石墨烯样品，还是微栅铜网上的超薄碳膜支撑膜都对于离子清洗强度非常敏感，极易在清洗过程中被打破甚至被处理消失不见，所以在样品腔室内安装隔板110，以将样品腔室分隔成强处理区210和弱处理区211，隔板110为栅网，隔板110上的通孔111直径为5mm，且通孔111呈阵列式分布。透射样品杆通过透射样品杆转接管60，将碳量子点/石墨烯样品插入样品腔室中的弱处理区211，以便有较大的工艺窗口针对样品实施离子清洗。通过触控系统100控制真空泵组80对电镜样品前处理设备内抽真空至5*E-4Pa(甚至更高的真空度)。其中一个进气端口11连接高纯氩气气源，另一个进气口端11连接高纯氢气气源，通过触控系统100控制气路系统50的精密气体流量控制器，控制氩气/氢气流量比例稳定在90/10，并将混合气体通入射频离子源30内，控制混合气体的总气压在0.4Pa。通过触控系统100设定离子清洗参数：功率20W，清洗时间200s，启动射频离子源30对离子清洗腔室弱处理区7C内的碳量子点/石墨烯样品进行离子清洗。

处理结束后取出碳量子点/石墨烯样品并插入高分辨透射电镜HRTEM中成像观察，获得等离子清洗后高分辨透射电镜明场像结果，对比相同样品，相同区域在相同成像参数条件下，碳量子点/石墨烯样品在进行等离子清洗后相对等离子清洗的高分辨透射电镜明场像结果，碳量子点/石墨烯样品经过真空等离子清洗后，超薄碳膜完好无损，样品表面未结晶/初始结晶小颗粒消失，需要进一步高分辨成像的大结晶颗粒留存，清除表面石墨烯，使包埋在其中的碳量子点能够更清晰成像，形成更多成像薄区。

本发明的电镜样品前处理设备的有益效果如下：

1、在电镜样品放入扫描电镜或透射电镜或透射样品杆观察表明之前，对电镜样品及透射样品杆进行真空等离子清洗，有效减轻甚至消除电镜成像过程中电镜样品或电镜样品杆的积碳影响。

2、电镜样品前处理设备的结构设计合理，采用一种结构紧凑模块化设计，集成扫描电镜样品、透射电镜样品及透射样品杆等离子清洗之功能，即可以在同一个样品腔室同时清洗扫描电子显微镜样品和透射电子显微镜样品，也可以分别独立清洗扫描电子显微镜样品或透射电子显微镜样品，通用性强，有效降低成本。

3、通过射频离子源30处理待透射电镜观察并需要亲水性制备的透射电镜样品，使待测样品均匀分散于微栅碳膜载网中，而不发生团聚问题，该亲水活化处理属于纯化学反应过程，无物理溅射作用，实现对透射电镜样品亲水活化无损处理。

需要说明的是，由于通过朗缪尔探针研究了射频离子源30的工作距离范围内的离子能量，发现其平均能量小于28eV，因此对样品无轰击损伤作用(普遍认为离子能量高于21eV时，才会对样品产生溅射损伤)，是一种“soft plasma(软离子化)”处理过程，因此本申请的透射电镜样品亲水活化处理无物理溅射作用。

4、实现对电镜样品进行真空储存，有效保证电镜样品的质量，需要使用时，将电镜样品从样品腔室内取出，在放入电镜中后，在电镜中对电镜样品抽真空时间大大缩短，效率高。另外，采用无油分子泵及无油隔膜泵，为样品腔室提供高真空无油环境，实现高真空无油环境存储及等离子清洗处理，可以有效电镜样品被油污染，即避免电镜样品前处理时导致二次污染。且采用无油分子泵及无油隔膜泵，还能够实现原位透射样品杆的真空检漏功能。特别是针对原位气体样品杆和原位液体样品杆，在样品杆端部安装好样品芯片后先通过透射样品杆连接管60插入至处理箱20的样品腔室内进行真空预抽。如果样品腔室能够达到E-4Pa真空度，说明原位透射样品杆真空密封性正常，可以插入到透射电镜内进行正常实验。如果样品腔室无法达到E-4Pa真空度，说明原位透射样品杆真空密封性有问题，需要重新安装样品芯片并排查真空泄漏点。有效避免因为原位样品杆的漏液或漏气而导致透射电镜内部污染或损坏。

5、通过将隔板110拆卸地安装地在样品腔室内，以将样品腔室分隔成强处理区210及弱处理区211，实现对污染程度不同或离子清洗耐受程度不同的样品需要不同强度离子清洗。另外还可以可根据待处理样品体积、污染程度、离子清洗耐受度大小等具体情况，设计隔板110的形式、安装位置及安装数量等，清洗效果好。

6、气路系统50可同时满足单一气源到多路气源混气的需求，通过气路系统中的质量流量控制器，精确控制连接进气口端1的多路气源开闭及任意混合比例，并通过联合真空测量表明的真空规90，实时控制混气气压数值，满足针对不同气源等离子清洗、活化的需求。

7、触控系统100用于控制触控系统100，触控系统100与射频离子源30、气路系统50、真空泵组80及射频电源的运行，自动化程度高，即插即用。且可移动性好，随时找到民用电源接通后即可运行。

8、处理箱20的样品腔室、射频离子源30及透射样品杆连接管60依次安装在机箱10上，结构紧凑，有效减少空间占用；处理箱20的样品腔室、射频离子源30及透射样品杆连接管60共用同一套真空泵组80进行抽真空，处理箱20的样品腔室、射频离子源30及透射样品杆连接管60共用同一套气路系统50通入气源，处理箱20的样品腔室、射频离子源30及透射样品杆连接管60共用同一套真空规90表明真空度，射频离子源30、气路系统50及真空规90共用同一套触控系统100进行控制，有效提高工作效率和节省成本，同时便于控制，精度高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电镜样品前处理设备，其特征在于，包括处理箱、射频离子源、气路系统及真空泵组；所述处理箱内设有样品腔室；所述射频离子源连接处理箱并与样品腔室连通；所述气路系统连接射频离子源，所述气路系统为射频离子源提供所需的气源；所述真空泵组连接处理箱并与所述样品腔室连通，所述真空泵组用于对所述样品腔室及所述射频离子源抽真空。

2.根据权利要求1所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，还包括隔板，所述隔板安装在所述样品腔室内，以将所述样品腔室分隔成强处理区及弱处理区。

3.根据权利要求1所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，还包括射频电源，所述射频电源连接所述射频离子源以对所述射频离子源进行供电。

4.根据权利要求1所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，还包括透射样品杆连接管，所述透射样品杆连接管连接所述处理箱，且所述透射样品杆连接管内与所述样品腔室连通。

5.根据权利要求4所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，所述透射样品杆连接管的数量为多个，多个透射样品杆连接管并列间隔设置。

6.根据权利要求4所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，所述射频离子源与所述处理箱的一侧壁连接，所述透射样品杆连接管与所述处理箱远离所述射频离子源的一侧壁连接。

7.根据权利要求6所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，还包括第一法兰及第二法兰，所述射频离子源的一端通过所述第一法兰与所述处理箱的侧壁固定连接；所述透射样品杆连接管的一端通过所述第二法兰与所述处理箱的侧壁固定连接。

8.根据权利要求1所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，所述处理箱上设有观察窗口，所述观察窗口连通所述样品腔室。

9.根据权利要求1所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，所述处理箱包括箱体及上盖，所述样品腔室设于箱体内，所述箱体上设有连通样品腔室的开口，所述上盖盖合在所述开口上。

10.根据权利要求9所述的电镜样品前处理设备，其特征在于，所述处理箱还包括铰链及锁紧组件，所述铰链连接所述箱体的一端及所述上盖的一端，所述锁紧组件设于所述箱体远离所述铰链的一端，所述锁紧组件用于将上盖锁紧在所述箱体上。

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