CN111739782A - 将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱仪设备 - Google Patents

将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱仪设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111739782A
CN111739782A CN202010205146.5A CN202010205146A CN111739782A CN 111739782 A CN111739782 A CN 111739782A CN 202010205146 A CN202010205146 A CN 202010205146A CN 111739782 A CN111739782 A CN 111739782A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plane
lens group
electron
image
gaussian
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010205146.5A
Other languages
English (en)
Inventor
G·舍恩亨泽
T·坎彭
S·梅尔
O·沙夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Original Assignee
SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SPECS Surface Nano Analysis GmbH filed Critical SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Publication of CN111739782A publication Critical patent/CN111739782A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0027—Methods for using particle spectrometers
    • H01J49/0031—Step by step routines describing the use of the apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0004—Imaging particle spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/061—Ion deflecting means, e.g. ion gates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46—Static spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46—Static spectrometers
    • H01J49/48—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/24485—Energy spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46—Static spectrometers
    • H01J49/48—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
    • H01J49/484—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter with spherical mirrors

Abstract

本发明提供一种用于沿发射电子的样本的电子光轴到能量分析仪设备的电子转移的电子成像设备，包括第一透镜组、第二透镜组和偏转器装置，其沿垂直于电子光轴的偏转方向在电子成像设备的出口平面中偏转电子，第一透镜组在第一透镜组内形成第一倒易平面，在第一透镜组和第二透镜组之间形成第一高斯平面，在第一倒易平面中生成电子动量分布的第一动量分布图像，在第一高斯平面中生成样本的第一高斯图像，第二透镜组在第二透镜组分析仪侧形成第二倒易平面，在第二倒易平面中生成电子动量分布的第二动量分布图像，且第一透镜组能够生成具有足够小尺寸的第一高斯图像，使第二动量分布图像是平行图像。还描述电子能谱仪设备、电子转移方法和电子能谱方法。

Description

将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱 仪设备
技术领域
本发明涉及一种用于将电子从样本转移到能量分析仪设备、特别是用于电子、例如光电子的动量和能量分辨检测的能量分析仪设备的电子成像设备和电子转移方法。本发明还涉及一种设置有电子成像设备的电子能谱仪设备以及一种电子能谱法。本发明的应用在于样本的电子能谱分析。
背景技术
在本说明书中，对示出本发明的技术背景的下面的现有技术文献进行参考：
[1]B.Wannberg in″Nucl.Instrum.Meth.A″601(2009)182；
[2]EP 2 823 504 B1；
[3]US 9 997 346 B1；
[4]EP 2 851 933 B1；
[5]SE 539 849 C2；
[6]DE 10 2005 045 622 B4；
[7]DE 10 2013 005 173 B4；
[8]EP 1 559 126 B9；
[9]DE 10 2014 019408 B4；and
[10]M.Patt et al.in″Review of Scientific Instruments″85，113704(2014).
具有电子光学透镜的转移光学系统的使用通常被已知为用于将电子从固体样本转移和聚焦到能量分析仪、特别是用于光电子和俄歇电子的测量的能量分析仪。已知各种类型的能量分析仪和相关的转移光学系统。从样本发射的电子以角分辨率被检测的一组方法被称为ARPES(ARPES：angular-resolved photo-electron spectroscopy，角分辨光电子能谱)方法(例如，见[1])。在ARPES方法中，电子从样本被发射时相对于基准轴、例如样本表面的表面法向的发射角被特别关注。虽然在过去获得了高角度分辨率，但这只在相对有限的角度范围内的情况下。例如，迄今为止已实现了在大约+/-7°的角度范围内的0.1°的高分辨率以及在大约+/-15°的范围内的0.5°的降低的分辨率。
由两个同心半球电极组装而成的半球形分析仪通常用作使用ARPES方法的常规角成像中的能量分析仪。根据半球形电极之间的电压，仅允许特定能带(例如，宽度为半球形分析仪的通能的10％的能量间隔)中的粒子通过半球形分析仪。能量分析仪的入口平面上的电子的角分布的成像被提供用于能量和角度分辨测量。在现实空间中(极坐标系中)在能量分析仪的入口平面上产生来自样本的电子的角分布图像。由于狭缝光阑被布置为半球形分析仪的入口平面中的入口狭缝，所以所述半球形分析仪能够确定沿入口狭缝的延伸的第一角坐标(例如，沿y方向)的角分布。为了还确定沿垂直于第一角坐标的第二坐标(例如，x)的角分布，转移透镜中的两个偏转器[2]或一个偏转器[3]的布置结构顺序地扫描(扫描运动)垂直于入口狭缝的延伸和电子光轴(electron-optical axis)的角分布图像。
用于电子的角分辨测量的常规的转移光学系统有一个主要缺点即为：在转移光学系统的出口和/或能量分析仪的入口平面上，电子束以相对于电子光轴(例如，z轴)的通常大于10°的明显发散角进入能量分析仪。发散角如图7所示(现有技术，引用自[2]，使用来自样本1′的少量电子部分束在y-z平面上具有不同发射角的轨迹的示例(另见[1]和[3]))。它导致能量分析仪的成像误差，并且需要大量的后处理工作来计算电子的能量和角度分布。此外，传统的转移光学系统不具有发射电子的样本源点的充分良好的聚焦和集中的位置空间图像(例如，见[1])。
在获取沿第二角坐标的角分布时，发散角是特别不利的，其中，第二角坐标在转移光学系统中的一个或两个偏转器20A′、20B′的帮助下被顺序扫描(参见[1]、[2]、[3]、[4]和[5])。在发散束的扫描运动垂直于入口狭缝的延伸的情况下，从入口平面的束发散角结合由通过偏转器的束偏转引起的像差而产生组合误差。
在具有自旋过滤晶体的成像自旋过滤器被布置在能量分析仪的出口处的自旋分辨电子能谱法中(见[6])，入口平面上的束发散角也是不利的。沿入口平面上的入口狭缝的束发散角导致出口平面上的明显的像散形式的束发散，这使得出射束在自旋过滤晶体上不可能形成聚焦良好的图像。
总之，对于使用能量分析仪、特别是使用半球形分析仪的电子角分辨能谱，电子束在常规转移光学系统的末端处的高角发散度具有相当大的缺点。这些缺点限制了可能可检测的角度间隔，并且当使用扫描运动来捕获第二角坐标以及当使用成像自旋滤波器时，影响更大。
文献[7]、[8]、[9]和[10]描述了旨在用于动量显微镜并包含放大束路径的另外的转移光学系统，其中存在高斯图像(真实空间图像)和动量分布图像(动量空间图像)。然而，这些转移光学系统不是针对垂直于能量分析仪的入口狭缝的延伸的动量分布图像的扫描运动而设计的。此外，所有这些技术基于阴极透镜的使用，在阴极透镜中，电子借助于强静电提取场被加速进入转移光学系统。然而，在检查非平面表面(例如在UHV中的样本分裂后可能出现)、微观结构(例如半导体组件)或具有三维结构的微晶(新量子材料的常见测试对象)时，强提取场会进行干扰。
发明内容
本发明的目的是改进电子成像设备、电子转移方法、电子能谱仪设备和/或电子能谱方法，以避免常规技术的缺点。所述目的特别用于最小化甚至消除发散引起的成像误差，获得更好的角分辨率，实现更大角度间隔的检测和/或简化自旋分辨电子能谱。
这些目的通过具有独立权利要求的特征的电子成像设备、电子转移方法、电子能谱仪设备和电子能谱方法对应地实现。本发明的优选实施例和应用来自从属权利要求。
根据本发明的第一总体方面，通过电子成像设备实现上述目的，所述电子成像设备被配置用于沿电子光轴从电子发射样本到能量分析仪设备的的电子转移。电子转移包括发射电子(也称为电子束)从电子成像设备的入口平面到出口平面的转移和成像，其中，入口平面设置在样本的面向电子成像设备的表面上，出口平面设置在电子成像设备的面向能量分析仪的背面，因此其也分别称为样本侧入口平面和分析仪侧出口平面。电子光轴优选地为垂直于入口平面和出口平面延伸的连续直轴，但替代地，可具有区段是直线的有角度的路线。
电子成像设备包括样本侧第一透镜组、分析仪侧第二透镜组和偏转器装置，偏转器装置被配置用于在电子成像设备的出口平面中、在垂直于电子光轴的偏转方向上电偏转和/或磁偏转电子。第一透镜组和第二透镜组中的每一个透镜组包括至少两个电子光学透镜。第一透镜组和第二透镜组以及偏转器装置各自连接到用于提供工作电压的控制电路，其中，控制电路可以是单独的组件或连接到公共控制装置。
根据本发明，第一透镜组被配置为能够在第一透镜组内形成第一倒易平面(reciprocal plane)，在第一透镜组和第二透镜组之间形成第一高斯平面，以在第一倒易平面中生成来自样本的电子的动量分布的第一动量分布图像，并在第一高斯平面中生成样本、特别是被照射的样本源点的第一高斯图像。倒易平面是其中存在倒易图像(也称为动量图像或傅里叶图像)的成像平面。因此，这里称为动量分布图像的第一倒易图像聚焦在第一倒易平面中。动量分布图像是电子的动量分布的图像，其中，电子的横向动量随着动量分布图像的部分束距电子光轴的距离的增加而增大。第一透镜组的控制电路被配置为能够向第一透镜组施加适当调整的控制电压，用于第一倒易平面和第一高斯平面的电子光学成像。
此外，根据本发明，第二透镜组被配置为能够在第二透镜组的分析仪侧形成第二倒易平面，并能够在第二倒易平面中生成来自样本的电子的动量分布的第二动量分布图像。第二透镜组的控制电路被配置为能够向第二透镜组施加适当调整的控制电压，用于第二倒易平面的电子光学成像。
此外，根据本发明，第一透镜组被配置为能够生成具有足够小尺寸(垂直于光轴的图像的延伸)的第一高斯图像，而使得由第二透镜组生成的第二动量分布图像是平行图像。
偏转器装置优选地作用于电子成像设备的高斯平面、例如第一高斯平面或另一高斯平面(见下文)，使得电子的偏转有利地影响在第二倒易平面中形成平行图像的部分束的平行位移，而不改变垂直于光轴的部分束之间的角度。
下文中的术语“平行图像”(或：具有基本平行的部分束的基本平行的角图像或动量分布图像)是指动量分布图像，其部分束在通过第二倒易平面时与电子光轴平行和/或具有这样的最小发散角：对于期望的电子的能量分辨测量，能量分析仪设备中的像差(特别是发散角引起的成像误差)小得可以忽略，特别是不会对能量分析仪设备的能谱特性(能量分辨率、动量分辨率)造成任何显著减损。平行图像由垂直于或虚拟垂直于第二倒易平面而对正的部分束组成。部分束作为平行束进入能量分析仪设备。基本垂直对正的部分束在待在能量分析仪的随后的能量分析中检测的从样本发射的电子的角范围内延伸。
第一透镜组的控制电路被配置为能够生成第一透镜组的控制电压，使得第一高斯图像具有期望的大小。第一透镜组的电子光学透镜的几何结构优选地被配置为能够在第一高斯平面中产生样本上的电子的源点的最小可能高斯图像。例如，通过数值模拟进行电子光学透镜的几何结构的优化。
平行图像(出口平面中的平行动量分布图像)优选地具有其部分束的小于0.4°、特别是优选地小于0.2°的角偏差(发散角)。在模拟中，角偏差表现出已足够小(见下文图2)，不会影响能量分析仪设备中的后续成像。
根据本发明的另一有利实施例，第一透镜组被配置为能够产生具有垂直于电子光轴的小于1mm的延伸、特别是小于0.5mm的延伸的第一高斯图像。针对这些尺寸范围，在实践中发生的典型测量任务和在电子光学系统的典型配置中，以足够小的角度偏差有利地获得平行动量分布图像。
偏转器装置的控制电路被配置用于在垂直于电子光轴的第二倒易平面中的动量分布图像的扫描偏转。因此，电子成像设备的出口平面中的电子在偏离能量分析仪设备的入口狭缝(也称为狭缝或狭缝光阑)的延伸的方向上、优选地在垂直于入口狭缝的延伸的方向上经历扫描运动。第一透镜组和第二透镜组以及偏转器装置或相应的相关控制电路的配置基于使用本身是已知的电子光学成像方程和电子成像设备的几何尺寸的计算来调整。
根据本发明的第二总体方面，通过电子能谱仪设备来实现上述目的，所述电子能谱仪设备包括用于保持样本的样本器、根据本发明的第一总体方面或其实施例的电子成像设备以及能量分析仪设备。根据本发明，电子成像设备被配置用于从样本发射的电子沿电子光轴到能量分析仪设备的转移和成像，并且用于垂直于电子光轴并沿偏离能量分析仪设备的入口狭缝的延伸的偏转方向、优选地沿垂直于入口狭缝的延伸的偏转方向的动量分布图像的扫描运动。电子成像设备被配置使得从样本源点发射的电子的动量分布图像在能量分析仪设备的入口平面中被生成为平行图像。
能量分析仪设备通常是一种电子光学成像装置，其配置用于沿垂直于电子光轴的至少一个方向的角或动量分布成像的角或动量分辨检测。能量分析仪设备优选地包括半球形分析仪(半球形电子能量分析仪)。通过使用具有入口狭缝的半球形分析仪，能够通过借助于偏转器装置的动量分布图像的扫描运动来确定沿入口狭缝方向和沿第二偏移方向的角分布。作为使用半球形分析仪的替代，能量分析仪设备可包括其他类型的分析仪、例如柱状分析仪或127°分析仪。
根据本发明的第三总体方面，通过电子转移方法来实现上述目的，其中，电子通过电子成像设备从样本沿电子光轴被转移到能量分析仪设备。所述样本优选地包括固态样本，其表面暴露用于激发光照射和向电子成像设备进行发射。从源点(激发光束的入射面)发射的电子通过样本侧第一透镜组、偏转器装置和分析仪侧第二透镜组被顺序转移，其中，电子由偏转器装置在电子成像设备的出口平面中沿垂直于电子光轴并偏离能量分析仪设备的入口狭缝的延伸的偏转方向、优选地沿与入口狭缝的延伸垂直对正的偏转方向被偏转。根据本发明，第一透镜组在第一透镜组内形成第一倒易平面并在第一透镜组与第二透镜组之间形成第一高斯平面，在第一倒易平面中生成来自样本的电子的动量分布的第一动量分布图像，并在第一高斯平面中生成源点的第一高斯图像。此外，第二透镜组在第二透镜组的分析仪侧形成第二倒易平面，并在第二倒易平面中形成来自样本的电子的动量分布的第二动量分布图像。第一透镜组生成具有足够小尺寸的第一高斯图像，而使得由第二透镜组生成的第二动量分布图像是平行图像。电子转移方法优选地由根据本发明的第一总体方面或其实施例的电子成像设备执行。
根据本发明的第四总体方面，通过电子能谱方法(用于检测已从样本发射的电子的能量和动量分布的方法)实现上述目的，所述方法包括：照射样本并从样本发射电子，通过根据本发明的第三总体方面或其实施例的电子转移方法将发射的电子转移到能量分析仪设备，以及通过能量分析仪设备对电子进行动量和能量分辨检测。所述电子能谱方法优选地由根据本发明第二总体方面或其实施例的电子成像设备执行。
本发明有利地提供了用于实质改进对从固态样本发射的电子进行束转移、优选地在无场环境中进行束转移的设备和方法，所述电子在能量分析仪设备中根据其能量和动量分布被分析。通过生成作为平行图像的动量分布图像，避免了在传统电子成像设备中伴随真实空间中角图像的生成而产生的成像误差。由于被激发源(样本源点)照射的区域的适当小的高斯图像被定位在第二透镜组的前焦平面上，因此聚焦在能量分析仪设备的入口狭缝的平面上的动量分布图像从这个透镜组的后倒易平面中的平行部分束产生，所有电子基本平行于电子光轴进入能量分析仪设备。作为结果，与传统方法相比，能量分析仪设备的入口处的角偏差减小了1至2个数量级。第一高斯图像借助于第一透镜组生成，第一透镜组优选地借助于适当的几何结构使像差最小化。
因此，本发明的一个重要优点在于能够捕获非常大的角范围的从样本发射的电子。由于横向动量k||与图像角度α之间的关系与能量的根成比例：k||～sinα√Ekin，所以在较低的动能(例如，在激光激发下等于或小于5电子伏特)下，角度间隔可能大于+/-30°，这大大提高了能量分析仪的效率。本发明的特别的优点还来自扫描第二动量坐标以测量二维动量分布以及对成像自旋滤波器的使用。通过将偏转器装置定位在第一高斯图像和第二透镜组的焦点中，能够在优选地利用单个偏转器单元在能量分析仪设备的入口平面中实现动量分布图像的平行位移，其中，束的平行性被保持。
透镜组和偏转器装置的组合的像差可被有利地减小到理论上可能的最小值，这是因为与期望的动量分布图像(即样本上的源点的第一高斯图像)倒易的图像非常小以至于动量分布图像的编码以极高的精度被定义为这个小高斯图像中的轨迹。这个特性使本发明区别于所有常规的束转移系统、特别是那些根据[1、2、3、4和5]的系统。
发明人发现，使用根据本发明的技术，在电子显微镜中实现的构思、特别是预定的、良好聚焦的真实空间图像和使用光学图像转换定理在预定成像平面中的倒易图像的创建，不仅用于降低电子光学系统中电子能谱中的像差，而且还提供了一个另外的实质性优点：由于第一高斯图像能够借助于第一透镜组沿电子光轴被移位，因此在能量分析仪设备的入口平面上，动量分布图像的各个部分束的倾斜角可被最小化而不丢失束位置。这使得即使在高延迟条件(电子从样本发出时的初始动能与进入能量分析仪设备时的动能之比)下，偏转技术也可用于扫描第二动量方向、特别是垂直于入口狭缝的方向。第二透镜组的以变焦透镜(配置用于调整图像放大率并且优选地包括五个或更多个透镜元件的透镜)的形式的优选实施例使得以下可行：特别是，在广泛范围内改变电子成像设备出口处的动量图像的图像尺寸和电子能量，从而使动量图像尺寸和能量适应能量分析仪的期望条件(能量分辨率、动量分辨率)。
在能量分析仪设备的入口平面中创建平行图像还有利地简化了自旋分辨电子能谱，这是因为在能量分析仪的出口处的自旋过滤晶体上的图像误差被减小或完全避免。
本发明的另一个特别重要的优点是简化了动量分布图像的偏转。因此，在本发明的一个优选实施例中，提出偏转器装置仅作用于垂直于电子光轴的单个平面。在电子沿电子光轴转移时，当电子穿过第一透镜组和第二透镜组之间的空间时，偏转器装置动作一次。这有利于避免常规的、复杂的双偏转器、例如根据[2]的偏转器，而不必接受成像误差。特别优选地，偏转器装置的偏转平面与第一高斯平面(或另一高斯平面，见下文)重合，使得能够通过驱动偏转器装置来促进第二倒易平面中动量分布图像的精确平行位移。这完全避免了任何另外的束倾斜、例如在[3]和[5]中所描述的另外的束倾斜。
在一个单一平面中偏转具有另外的优点：偏转器装置可具有特别简单的结构、例如具有一对电和/或磁作用的偏转器元件、四极布置结构或八极布置结构的偏转器元件。在电偏转的情况下，偏转器元件包括偏转电极，在磁偏转的情况下，偏转器元件包括偏转线圈。八极布置结构有利地允许围绕电子光轴旋转偏转方向，使得偏转器装置能够相对于能量分析仪设备的入口狭缝的对正另外地旋转动量分布图像的位移的方向，以这种方式，例如，补偿了由于杂散磁场引起的任何不期望的图像旋转。
根据电子成像设备的另一有利实施例(以下也称为第一实施例)，第二倒易平面同时是电子成像设备的出口平面，其中，形成能量分析仪设备的入口狭缝的狭缝光阑布置在第二倒易平面上。这个实施例提供了进入能量分析仪设备时直接调整平行图像和相对紧凑的结构的优点。
根据电子成像设备的替代实施例，其具有位于第二透镜组和能量分析仪设备之间的至少一个第三透镜组，所述至少一个第三透镜组布置在第二透镜组的分析仪侧，即位于电子能谱仪设备的总体布置结构中。所述至少一个第三透镜组在所述至少一个第三透镜组内形成第二高斯平面并在所述至少一个第三透镜组的分析仪侧形成第三倒易平面，使得由所述至少一个第三透镜组在第二高斯平面中创建样本的第二高斯图像，并且在第三倒易平面中创建来自样本的电子的动量分布的第三动量分布图像。第三倒易平面是电子成像设备的出口平面和能量分析仪设备的入口平面，并且由所述至少一个第三透镜组生成的第三动量分布图像是平行图像。即使在本发明的这些替代实施例的情况下，也提供了动量分布图像的扫描运动，其影响第三倒易平面中的动量分布图像的相应偏转。所述至少一个第三透镜组设置有控制电路，控制电路被配置为能够向所述至少一个第三透镜组施加适当调整的控制电压，用于第三倒易平面和第二高斯平面的电子光学成形。设置所述至少一个第三透镜组具有以下特别的优点：平行动量分布图像中的束能量能够在能量分析仪设备的入口平面中在例如两个数量级的范围内变化，从而允许能量分析仪设备的最佳的分辨率和传输设置。
狭缝光阑可布置在第三透镜组前面的第二倒易平面中，以形成能量分析仪设备的入口狭缝(以下称为第二实施例)。在这种情况下，狭缝光阑不是直接位于能量分析仪设备的入口平面上，而是位于生成平行动量分布图像的第三透镜组前面的与入口平面共轭的第二倒易平面上，从而在分析仪的入口平面上生成由平行动量分布图像覆盖的狭缝光阑的真实图像。在这种布置结构中，电子能够有利地以更大的能量穿过入口狭缝，这改善了能量分析仪设备中的后续成像。由于狭缝光阑被布置在第二倒易平面中，因此狭缝光阑可被成像为能量分析仪设备的入口平面中的真实图像，使得入口平面中的有效狭缝光阑宽度和电子的能量可被电子光学地改变，而物理狭缝光阑宽度是固定的。
替代地，形成能量分析仪设备的入口狭缝的狭缝光阑可被布置在第三倒易平面中并形成能量分析仪设备的入口狭缝，其中，在这种情况下，在第二倒易平面中不布置狭缝光阑(以下也称为第三实施例)。第三实施例提供了能够使用常规设计、即具有集成入口狭缝的能量分析仪的特殊优点。
根据本发明另外的变型的实施例，可设置第四透镜组或另外的透镜组，每个透镜组如第三透镜组一样构造并提供另外的高斯平面和倒易平面。
有利的是，存在用于定位偏转器装置的各种选择。特别是在本发明的第一、第二和第三实施例中，偏转器装置可被布置在第一透镜组与第二透镜组之间并位于第一高斯平面中。替代地，在本发明的第二和第三实施例中，偏转器装置可被布置在第三透镜组处并位于第二高斯平面中。根据另外的替代方案，偏转器装置可被布置在第四透镜组或另外的透镜组中的另一高斯平面中。
相对于电子动量显微镜的电子光学构思的另一个重要区别通过本发明的有利实施例实现，其中，第一透镜组的样本侧的最前面的电子光学透镜元件被配置为能够具有与样本相同的电势。有利的是，这使得样本周围的区域保持无场化，从而还能够检查具有高度三维结构或微晶的样本，而不会由于三维形状而导致会损害动量分辨率的任何明显的场畸变。
对于第二倒易平面中动量分布图像的位移，偏转器装置特别优选地作用于第一高斯平面。位于第一高斯平面中的布置结构意味着偏转器装置产生变化的偏转器场，其在对称地围绕第一高斯平面的窄范围内起作用。这个实施例具有以下优点：整个电子束被特别有效偏转，其中，成像装置的出口处的动量图像的平行性被保持。替代地，当设置第三透镜组时，单个偏转器装置可被布置在第二高斯平面中并作用于第二高斯图像中的电子，其中，动量图像的平行性在偏转的成像装置的出口处同样被保持。
根据本发明的另一有利实施例，提出了第二透镜组的分析仪侧的最后面的电子光学透镜在第二倒易平面的区域中形成无场空间。替代地或另外地，在第二或第三实施例中提出，第三透镜组在其端部具有边界元件，所述边界元件被配置为能够在第三透镜组的两侧附近形成无场空间。这个实施例防止了导致电子路径的偏转并因而导致动量图像的失真的电场的任何静电馈送。
附图说明
下面参照附图描述本发明的进一步细节和优点。附图示出：
图1：根据本发明的电子成像设备的第一实施例的示意图；
图2：由各种激发源激发样本时生成的高斯图像的进一步图示；
图3：根据本发明的电子成像设备的第二实施例的示意图；
图4：根据本发明的电子成像设备的第三实施例的示意图；
图5：偏转器装置的不同变型的示意图；
图6：根据本发明的电子能谱仪设备的实施例的示意图；
图7：常规转移光学系统的束轨迹图(引用自[2])。
具体实施方式
下面对与半球形分析仪结合的电子成像设备进行示例性参考来描述本发明。本发明不限于使用半球形分析仪，而是还可以以其他类型的能量分析仪设备来执行。未描述激发样本和用半球形分析仪记录从样本发射的电子的能量分布的细节，这是因为这些本身从常规技术已知。附图中的电子光学组件的图示为示意图。未示出诸如电子光学组件在真空空间中的布置结构或由间隔透镜元件形成电子光学透镜的细节。通常，例如，电子光学透镜和相关的控制电路可与从常规转移光学系统实质上已知的那些相同。
参照图1所示的相关空间方向来描述附图，在位置空间中，所述空间方向包括沿电子光轴的z方向以及垂直于该方向的x和y方向，其中，能量分析仪200的入口平面中的狭缝光阑201(也参见图6)沿y方向延伸。因此，狭缝光阑的方向限定动量坐标ky的方向以及与其垂直的动量坐标kx的方向。
图1以电子光学系统的形式示出根据本发明的电子成像设备100的第一实施例，所述电子光学系统用于基于其中布置有偏转器装置20的具有多个透镜组10、30和无场漂移路径22的电子光学圆柱对平行动量分布图像进行转移和横向移位。图1A示出了电子成像设备100的结构，图1B示出了在偏转器装置20关闭的情况下真实光学器件的模拟束路径，图1C示出了与图1B相同的透镜设置的模拟束路径，但是通过向偏转器电极21施加合适的电压来开启偏转器装置20。在图1B、图C以及图2、图3和图4中的电子轨迹的所有表示中，径向坐标被径向放大，以更清楚地示出各个束的细节。透镜组10、30和偏转器装置20连接到控制装置50，控制装置50包括用于向电子光学透镜或组件10、20和30的电极供能的控制电路。电子成像设备100布置在样本保持器101上，样本1的表面与第一透镜组10的前盖电极11之间的距离例如为15mm，使得样本1位于第一透镜组10的物平面中。狭缝光阑201的长度为例如20mm至40mm，其宽度为例如50μm至2mm。
特别是，根据图1A的第一透镜组10包括前盖电极11、聚焦电极12和适配透镜13。为了在样本1和第一透镜组10之间创建无场空间，样本保持器101可电连接到前盖电极11，使得两个组件处于相同的电势。第二透镜组30包括优选地形成变焦透镜的多个透镜元件31和用于在最后的透镜元件和能量分析仪设备200的狭缝光阑201之间创建无场空间的边界元件32。为此，边界元件32和狭缝光阑201彼此电连接。
例如，提供圆柱形元件以在第一透镜组10和第二透镜组30之间形成无场漂移路径22，所述圆柱形元件的长度使得相邻透镜组的任何馈送被减小并且不再存在任何显著电场，当偏转器装置关闭时，显著电场会使高斯图像的区域中的电子轨迹在偏转器装置处偏转。
例如，偏转器装置20包括偏转电极21的八极布置结构，或替代地，包括另外的电极布置结构(参见图5)。偏转器装置20优选为单个偏转器，即当电子在其沿样本和第二倒易平面之间的电子光轴OA的路径上穿过第一高斯平面时，电子仅偏转一次。
当样本1被光激发时(也参见图2)，电子2的集合从样本发射(图1B)，其中，电子2通过第一透镜组10成像，沿电子光轴OA达到例如+/-15°的预定发射角。根据示出了能量分析仪设备200的狭缝光阑201垂直于绘制平面的在x-z平面上的电子成像设备100的图1B，第一透镜组10在第一倒易平面RP1中生成发射电子2的样本源点的倒易图像并在作为第一透镜组10的后焦平面的第一高斯平面GP1中生成样本源点的第一高斯图像。第二倒易图像(具有平行部分束的动量分布图像)利用第二透镜组30成像到能量分析仪设备200的入口狭缝。因此，保证了所有电子作为平行部分束以非常小的角度偏差进入能量分析仪设备200。第一透镜组10被控制使得第一高斯平面GP1与电子光轴OA的交点位于偏转器装置20的偏转平面中、特别是位于偏转器装置20的中心。使高斯图像在偏转器装置20上居中允许了具有由第二透镜组30产生的平行部分束的动量分布图像在第二倒易平面RP2中的精确平行位移。如图1C所示，通过向偏转器装置20施加合适的电压，可在没有另外的束倾斜的情况下使第二倒易平面RP2中的动量分布图像的平行位移成为可能。
图1C示出了作用于第一高斯平面GP1以提供优化的透镜几何结构和实际测量条件(+/-15°的角间隔、关于样本的16eV的动能，这适于常规的真空紫外实验室光源)的偏转器装置20的效果。在示出的示例中，在通过偏转电极21上的电压设置的偏转装置20的功率下，第二倒易平面RP2中的分析仪侧的动量分布图平行移位了动量半径R。在平行位移时，动量分布图像的平行度和直径2R被保留。因此，通过借助于控制电路(控制装置50)连续地改变偏转器装置20的偏转力，能够完全扫描二维动量图像。
图2示出了利用不同的激发源(未示出)生成电子2的情况下的如图1B所示的电子2的束轨迹，其中，图2A示出了通过同步辐射源或激光的光束的激发，图2B示出了通过聚焦真空UV激发源的激发，图2C示出了通过非聚焦真空UV激发源的激发。
角度θ指定来自样本的电子相对于电子光轴OA的发射角，角度α是第二倒易平面RP2中的动量分布图像的束的对应于特定发射角的(半)开度角。部分束的这个开度角α(在图2A的细节图中几乎不可见，而在图2C的细节图中清晰可见)的大小通过样本表面上的电子源区域的尺寸来确定，并因此通过激发光束的剖面及其与样本的入射角来确定。
使用轨迹模拟程序(SIMION 8.0)对根据本发明的电子成像设备100的实际实施例执行了实际计算，其中三个如图2中的示例所示。样本1的表面与第二倒易平面RP2中的动量分布图像之间沿轴向坐标z的距离为462mm。电子光学透镜被像差最小化，在这种情况下，以放大因子M＝0.6在高斯平面GP1中设置样本上的源区域的缩小图像。其他放大倍数、即使是M大于1的放大倍数在本发明中也是同样可能的。
θ＝15°的角接受度范围的模拟给出以下参数：在所有三种情况下，第二倒易平面RP2中的动量分布图像具有4.3mm的半径R。束的中心射线的倾斜(＝与平行束的偏差)全都小于0.09°，其如预期的，不取决于源区域的尺寸。
对于同步辐射或激光源的激发(图2A)，假设样本上的光束的常规尺寸为50μm。由于θ＝15°的大角度范围，第一高斯平面GP1中的第一高斯图像被第一透镜组10的球面像差加宽，并且具有r～40μm的半径。平面RP2中的部分束具有小于等于0.16°的开度角α。例如，该值几乎比常规的如图7所示的转移透镜系统中的角发散度的相应值小两个数量级。
聚焦真空UV光源(图2B)具有200μm的常规光点尺寸。在这种情况下，第一高斯平面GP1中的第一高斯图像具有80μm的半径，束的开度角、即在平面RP2中的动量图像中产生的角发散度为α小于等于0.2°。
对于非聚焦真空UV实验室光源(图2C)，激发束具有例如0.5mm的常规直径，在第一高斯平面GP1中，这产生半径r＝155μm的第一高斯图像。这里，束在平面RP2中的开度角为α～0.35°。图2C的细节被径向放大，以使小角度清晰可见。在这种情况下，第二倒易平面RP2中的动量分布图像也急剧聚焦，并且电子作为具有最小发散度的平行束进入能量分析仪设备200。
图3示出了根据本发明的电子成像设备100的第二实施例的优选变型，其中，如图1所示提供了组件10、20和30及其部件。与第一实施例不同，另外提供了第三透镜组40，其在分析仪侧、在狭缝光阑201后面、在第二高斯平面GP2中生成第二高斯图像，并且在第三倒易平面RP3中生成具有平行部分束的第三动量分布图像。第三倒易平面RP3是能量分析仪设备200的入口平面，以便电子2作为平行束进入能量分析仪设备200。第三透镜组40包括形成变焦透镜的电子光学透镜元件42。透镜元件42和相关控制电路(未示出)被配置使得电子能量和倒易平面RP3中的动量分布图像的横向放大率可变，以优化能量分析仪设备200的能量和/或动量分辨率。在包括透镜元件42的变焦透镜的端部，设置有边界元件41和43，边界元件41和43被布置为能够在变焦透镜的端部创建无场空间，并将来自狭缝光阑201的区域和能量分析仪设备200在第三倒易平面RP3的入口的电场的任何馈送最小化。在这个实施例中，在能量分析仪设备200的入口平面中存在狭缝光阑201的图像，但是没有物理的狭缝、即没有物理的狭缝光阑。
图4示出了根据本发明的电子成像设备100的第三实施例的优选变型，其中，也设置了具有透镜元件42和边界元件41、43的第三透镜组40。然而，在第三实施例的情况下，狭缝光阑201被布置在能量分析仪设备200的入口的第三倒易平面RP3中。在这种情况下，第三透镜组40包括形成变焦透镜的透镜元件42，该变焦透镜允许在宽范围内改变电子能量和第三倒易平面RP3中的动量分布图像的横向放大率，以便优化能量分析仪设备200的能量和动量分辨率。在这种情况下，可以使用具有整体入口狭缝的常规能量分析仪。
图5示出了可在各种实施例中提供的偏转器装置20的变型。因此，根据图5A的偏转器装置20包括至少两个电极21(称为平行板偏转器)，或者根据图5B，偏转器装置20包括在一个平面上的四个电极21(称为x-y偏转器)，或者根据图5C，偏转器装置20包括在一个平面上的八个电极21(称为八极布置结构或八极偏转器)。根据图5C的实施例特别有利，因为借助于在八个电极21上的适当电压，能够在任意平面上发生偏转，以便使偏转平面正好沿x方向对正，也就是说正好垂直于入口狭缝201的方向，如图1B和1C所示。此外，八极布置结构使得能够校正由于扫描过程期间可能发生的纵向杂散磁场而导致的不期望的图像旋转。
图6是电子能谱仪设备300的一个实施例的示意图，电子能谱仪设备300包括例如根据图1、图3或图4中的任何附图的电子成像设备100和具有电子检测器202的以半球形分析仪的形式的能量分析仪设备200。在实施电子能谱方法时，从样本保持器101上的样本1发射的电子通过电子成像设备100沿电子光轴OA被转移到能量分析仪设备200。电子的能量和动量分布通过沿沿狭缝光阑201的第一动量坐标捕获电子的动量分布图像并经由垂直于狭缝光阑201逐步位移动量分布图像来记录，从而能够记录完整的二维动量分布。
在上述描述、附图和权利要求中公开的本发明的特征对于在本发明的各种实施例中单独地或组合地或子组合地实现本发明是重要的。
附图标记列表
100 电子成像设备
101 样本保持器
200 能量分析仪设备
201 狭缝光阑
202 电子检测器
300 电子能谱仪设备
1 样本
2 电子
10 第一透镜组
11 前盖电极
12 聚焦电极
13 适配透镜
20 偏转器装置
21 偏转器元件
22 漂移管
30 第二透镜组
31 透镜元件
32 边界元件
40 第三透镜组
41 边界元件
42 变焦透镜
43 边界元件
50 控制装置
RP1 第一倒易平面(动量图像平面)
GP1 第一高斯平面(真实空间图像的平面)
RP2 第二倒易平面
GP2 第二高斯平面
RP3 第三倒易平面
OA 光轴
θ 相对OA的发射角
α 束的开度角
R 动量分布图像的半径
r 高斯图像的半径
x，y，z 方向坐标
kx，ky，kz 动量坐标

Claims (27)

1.一种电子成像设备(100)，其被配置用于沿电子光轴(OA)从发射电子(2)的样本(1)到能量分析仪设备(200)的电子转移，并且包括样本侧的第一透镜组(10)和分析仪侧的第二透镜组(30)以及被配置为能够沿垂直于电子光轴(OA)的偏转方向偏转电子成像设备(100)的出口平面中的电子(2)，
其特征在于：
-第一透镜组(10)在第一透镜组(10)内提供第一倒易平面(RP1)，在第一透镜组和第二透镜组(10，30)之间提供第一高斯平面，并被配置为能够在第一倒易平面(RP1)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第一动量分布图像，并且在第一高斯平面(GP1)中生成样本(1)的第一高斯图像，
-第二透镜组(30)在第二透镜组(30)的分析仪侧提供第二倒易平面(RP2)，并被配置为能够在第二倒易平面(RP2)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第二动量分布图像，其中，
-第一透镜组(10)被配置为能够生成具有足够小尺寸的第一高斯图像，而使得由第二透镜组(30)生成的第二动量分布图像是平行图像。
2.根据权利要求1所述的电子成像设备，其中，
-偏转器装置(20)被配置为使得偏转器装置(20)作用于垂直于光轴(OA)的一个单独的平面。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-偏转器装置(20)包括一对电和/或磁作用的偏转器元件(21)、在一个平面上的四极布置结构的四个偏转器元件(21)或在一个平面上的八极布置结构的八个偏转器元件(21)。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-第二倒易平面(RP2)是电子成像设备(100)的出口平面，
-狭缝光阑(201)被布置在第二倒易平面(RP2)中，形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电子成像设备，还包括：
-至少一个第三透镜组(40)，其被布置在第二透镜组(30)的分析仪侧，并且在所述至少一个第三透镜组(40)内形成第二高斯平面(GP2)，在所述至少一个第三透镜组(40)的分析仪侧形成第三倒易平面(RP3)，并且被配置为能够在第二高斯平面(GP2)中生成样本(1)的第二高斯图像，并在第三倒易平面(RP3)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第三动量分布图像，其中，
-第三倒易平面(RP3)是电子成像设备(100)的出口平面，
-由所述至少一个第三透镜组(40)生成的第三动量分布图像是平行图像。
6.根据权利要求5所述的电子成像设备，其中，
-狭缝光阑(201)被布置在第二倒易平面(RP2)中，所述狭缝光阑(201)通过成像到能量分析仪设备(200)的入口平面而形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝。
7.根据权利要求5所述的电子成像设备，其中，
-狭缝光阑(201)被布置在第三倒易平面(RP3)中，形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝，其中，
-在第二倒易平面(RP2)中没有布置狭缝光阑。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-偏转器装置(20)被布置在第一透镜组和第二透镜组(10，30)之间并位于第一高斯平面(GP1)中。
9.根据权利要求5至7中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-偏转器装置(20)被布置在第三透镜组(40)处并位于第二高斯平面(GP2)中。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-第一透镜组(10)被配置为能够生成具有垂直于电子光轴(OA)的小于1mm、特别是小于0.5mm的延伸的第一高斯图像，和/或
-第一透镜组和第二透镜组(10、30)被配置为能够形成平行图像，平行图像的部分束的角度偏差小于0.4°、特别是小于0.2°。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-第一透镜组(10)的最前面的样本侧电子光学元件(11)被配置为能够具有与样本(1)相同的电势，以便在样本前面产生无场区域。
12.根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备，其中，
-偏转器装置(20)耦合到控制装置(50)，控制装置(50)被配置用于电子成像设备的出口平面中的电子(2)的扫描偏转，同时保持平行图像。
13.一种电子能谱仪设备(300)，所述电子能谱仪设备(300)包括
-样本保持器(101)，其被配置为能够保持样本(1)，
-根据前述权利要求中的任意一项所述的电子成像设备(100)，
-能量分析仪设备(200)，其中，
-电子成像设备(100)被配置用于从样本(1)发射的电子沿电子光轴(OA)到能量分析仪设备(200)的电子转移。
14.根据权利要求13所述的电子能谱仪设备，其中，
-能量分析仪设备(200)包括半球形分析仪。
15.一种电子转移方法，其中，来自样本(1)的电子(2)由电子成像设备沿电子光轴(OA)转移到能量分析仪设备(200)，其中，电子(2)顺序通过样本侧第一透镜组(10)和分析仪侧第二透镜组(30)并且电子(2)由偏转器装置(20)沿垂直于电子光轴(OA)的偏转方向在电子成像设备(100)的出口平面中被偏转，
其特征在于：
-第一透镜组(10)在第一透镜组(10)内形成第一倒易平面(RP1)，在第一透镜组和第二透镜组(30)之间形成第一高斯平面(GP1)，并且在第一倒易平面(RP1)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第一动量分布图像，在第一高斯平面(GP1)中生成样本(1)的第一高斯图像，
-第二透镜组(30)在第二透镜组(30)的分析仪侧形成第二倒易平面(RP2)，并在第二倒易面(RP2)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第二动量分布图像，其中，
-第一透镜组(10)生成具有足够小尺寸的第一高斯图像，而使得由第二透镜组(30)生成的第二动量分布图像是平行图像。
16.根据权利要求15所述的电子转移方法，其中，
-偏转器装置(20)被配置为使得偏转器装置(20)作用于垂直于光轴(OA)的一个单独的平面中。
17.根据权利要求15至16中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-第二倒易平面是电子成像设备的出口平面，
-形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝的狭缝光阑(201)被布置在第二倒易平面中。
18.根据权利要求15至16中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-被布置在第二透镜组(30)的分析仪侧的至少一个第三透镜组(40)在所述至少一个第三透镜组(40)内形成第二高斯平面(GP2)，在所述至少一个第三透镜组(40)的分析仪侧形成第三倒易平面(RP3)，并在第二高斯平面(GP2)中生成样本(1)的第二高斯图像，在第三倒易平面(RP3)中生成来自样本(1)的电子(2)的动量分布的第三动量分布图像，其中，
-第三倒易平面(RP3)是电子成像设备(100)的出口平面，
-由所述至少一个第三透镜组(40)生成的第三动量分布图像是平行图像。
19.根据权利要求18所述的电子转移方法，其中，
-狭缝光阑(201)被布置在第二倒易平面(RP2)中，所述狭缝光阑(201)通过成像到能量分析仪设备(200)的入口平面而形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝。
20.根据权利要求18所述的电子转移方法，其中，
-狭缝光阑(201)被布置在第三倒易平面(RP3)中，形成能量分析仪设备(200)的入口狭缝，其中，
-在第二倒易平面(RP2)中没有布置狭缝光阑。
21.根据权利要求15至20中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-偏转器装置(20)被布置在第一高斯平面(GP1)中。
22.根据权利要求18至20中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-偏转器装置(20)被布置在所述至少一个第三透镜组(40)处并位于第二高斯平面(GP2)中。
23.根据权利要求15至22中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-第一透镜组(10)生成具有垂直于电子光轴(OA)的小于1mm、特别是小于0.5mm的延伸的第一高斯图像，和/或
-第一透镜组和第二透镜组(30)被配置为能够形成平行图像，平行图像的部分束的角度偏差小于0.4°、特别是小于0.2°。
24.根据权利要求15至23中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-第一透镜组(10)的最前面的样本侧电子光学元件(11)具有与样本(1)相同的电势，以便在样本的区域中产生无场区域。
25.根据权利要求15至24中的任意一项所述的电子转移方法，其中，
-电子成像设备(100)的出口平面中的电子(2)被偏转以产生动量分布图像的扫描运动，同时保持平行图像。
26.一种电子能谱方法，所述电子能谱方法包括以下步骤：
-照射样本(1)并从样本(1)发射电子，
-通过根据权利要求15至25中的任意一项所述的电子转移方法将发射的电子(2)转移到能量分析仪设备(200)，以及
-由能量分析仪设备(200)对电子(2)进行能量分辨检测。
27.根据权利要求26所述的电子能谱方法，其中，
-能量分析仪设备(200)包括半球形分析仪。
CN202010205146.5A 2019-03-21 2020-03-20 将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱仪设备 Pending CN111739782A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019107327.8A DE102019107327A1 (de) 2019-03-21 2019-03-21 Vorrichtung und Verfahren zum Elektronentransfer von einer Probe zu einem Energieanalysator und Elektronen-Spektrometervorrichtung
DE102019107327.8 2019-03-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111739782A true CN111739782A (zh) 2020-10-02

Family

ID=69845193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010205146.5A Pending CN111739782A (zh) 2019-03-21 2020-03-20 将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱仪设备

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11328918B2 (zh)
EP (1) EP3712924B1 (zh)
JP (1) JP2020174037A (zh)
KR (1) KR20200113166A (zh)
CN (1) CN111739782A (zh)
DE (1) DE102019107327A1 (zh)
PL (1) PL3712924T3 (zh)
TW (1) TW202036653A (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2022080492A1 (zh) 2020-10-15 2022-04-21
CN112649453B (zh) * 2020-12-09 2021-11-12 北京大学 一种测量待测样品四维电子能量损失谱的方法
DE102021119406B4 (de) 2021-07-27 2023-07-13 GST Gesellschaft für systembezogene Technologieentwicklung mbH Vorrichtung und verfahren zur elektronenoptischen abbildung schneller zeitabhängiger prozesse
SE545152C2 (en) * 2021-09-21 2023-04-18 Scienta Omicron Ab Charged particle spectrometer operable in an angular mode

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8612099D0 (en) * 1986-05-19 1986-06-25 Vg Instr Group Spectrometer
US5506414A (en) * 1993-03-26 1996-04-09 Fisons Plc Charged-particle analyzer
DE19701192C2 (de) 1997-01-15 2000-10-05 Staib Instr Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Spektrometers mit Energie- und Winkelauflösung
GB9718012D0 (en) * 1997-08-26 1997-10-29 Vg Systems Ltd A spectrometer and method of spectroscopy
DE19929185A1 (de) * 1999-06-25 2001-01-04 Staib Instr Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur energie- und winkelaufgelösten Elektronenspektroskopie
DE10252129A1 (de) * 2002-11-04 2004-05-27 Omicron Nano Technology Gmbh Energiefilter für elektrisch geladene Teilchen und Verwendung des Energiefilters
DE102005045622B4 (de) 2005-09-23 2009-04-30 GST Gesellschaft für systembezogene Technologieentwicklung mbH Verfahren und Anordnungen zum Nachweis der Elektronen-Spinpolarisation
GB0801663D0 (en) * 2008-01-30 2008-03-05 Krizek Jiri G F Electromagnetic imaging analyzer
WO2011019457A1 (en) * 2009-08-11 2011-02-17 Regents Of The University Of California Time-of-flight electron energy analyzer
DE102009044989A1 (de) * 2009-09-24 2011-03-31 Funnemann, Dietmar, Dr. Bildgebender Energiefilter für elektrisch geladene Teilchen sowie Spektroskop mit einem solchen
US9437408B2 (en) 2012-03-06 2016-09-06 Scienta Omicron Ab Analyser arrangement for particle spectrometer
DE102013005173C5 (de) * 2013-03-25 2019-04-04 Johannes Gutenberg-Universität Mainz Messvorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung geladener Teilchen
DE102014019408B4 (de) 2014-12-22 2017-02-09 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Abbildende Energiefiltervorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
SE539849C2 (en) 2016-05-27 2017-12-19 Mb Scient Ab Electron spectrometer with a displaceable lens
US9997346B1 (en) 2017-06-30 2018-06-12 Mb Scientific Ab Electron spectrometer
DE102017009299C5 (de) * 2017-10-08 2021-04-08 Focus GmbH Geräte zur Elektronenspektroskopie und Oberflächenanalytik Vorrichtung zur Analyse einer Probe mittels Elektronen sowie Verwendung und Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
EP3712924A1 (de) 2020-09-23
DE102019107327A1 (de) 2020-09-24
US11328918B2 (en) 2022-05-10
US20200303177A1 (en) 2020-09-24
KR20200113166A (ko) 2020-10-06
EP3712924C0 (de) 2023-08-16
TW202036653A (zh) 2020-10-01
JP2020174037A (ja) 2020-10-22
PL3712924T3 (pl) 2023-11-27
EP3712924B1 (de) 2023-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111341634B (zh) 带电粒子束装置和用于操作带电粒子束装置的方法
TWI650550B (zh) 用於高產量電子束檢測（ｅｂｉ）的多射束裝置
CN108885187B (zh) 多个带电粒子束的装置
KR102179897B1 (ko) 시료를 검사하기 위한 방법 및 하전 입자 다중-빔 디바이스
CN111739782A (zh) 将电子从样本转移到能量分析仪的设备和方法以及电子能谱仪设备
US8378299B2 (en) Twin beam charged particle column and method of operating thereof
JP5690863B2 (ja) 粒子光学装置
KR102207766B1 (ko) 이차 전자 광학계 ＆ 검출 디바이스
US8618500B2 (en) Multi channel detector, optics therefor and method of operating thereof
US20080067376A1 (en) Charged particle beam apparatus
CN112970088A (zh) 用于调节单独粒子束的电流的粒子束系统
CN114830286A (zh) 用于检查样本的方法及带电粒子束装置
WO2008010777A1 (en) A multi-beam ion/electron spectra-microscope
KR20150035741A (ko) 샘플의 표면을 검사하는 장치 및 방법
JP7336926B2 (ja) 性能が向上されたマルチ電子ビーム撮像装置
US8334508B1 (en) Mirror energy filter for electron beam apparatus
CN108604522B (zh) 带电粒子束装置以及带电粒子束装置的调整方法
JP7308981B2 (ja) マルチ荷電粒子ビーム装置及びその動作方法
CZ309547B6 (cs) Způsob provozu přístroje pro vyzařování částic a přístroj pro vyzařování částic k provádění tohoto způsobu
US7928403B2 (en) Multiple lens assembly and charged particle beam device comprising the same
US8008629B2 (en) Charged particle beam device and method for inspecting specimen
US20220415611A1 (en) Multi-source charged particle illumination apparatus
JP7188910B2 (ja) 粒子ビームを生成するための粒子源及び粒子光学装置
CN113466266A (zh) 用于获取3d衍射数据的方法和系统
KR20230018523A (ko) 다중 소스 시스템을 갖는 입자 빔 시스템 및 다중 빔 입자 현미경

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination