CN114171361A - 一种电子显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子显微镜，包括：电子源，用于产生电子束；物镜，用于聚焦所述电子束；调节极靴，可移动的设置在所述物镜与待测样品之间；第一驱动机构，所述第一驱动机构驱动所述调节极靴在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述物镜的极靴方向朝向所述待测样品，所述第二位置为所述物镜的极靴方向朝向所述电子束的光轴。本发明提供的一种电子显微镜，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换，可以观察非磁性待测样品，也可以观察磁性待测样品，并且均能够获得高质量的图像。

Description

一种电子显微镜

技术领域

本发明属于显微镜技术领域，具体地说，涉及一种电子显微镜。

背景技术

现有技术中，由于电子显微镜的物镜的磁场分布不同，电子显微镜分为浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜。

在浸没式电子显微镜的物镜中，待测样品在浸没式电子显微镜的物镜形成的聚焦磁场区域内，物镜的焦距较短，物镜的象差系数小，电子显微镜的图像分辨率高，随着磁场强度的最大值区域与待测样品之间的距离变小，象差变小，焦距变小，电子显微镜的图像分辨率高。

然而，当浸没式电子显微镜观察的待测样品被磁化时，或者是待测样品为磁性待测样品时，由于覆盖在待测样品上的磁场受到磁性待测样品的干扰，无法获得清晰的图像。

所以在观察磁性待测样品时，需要使用非浸没式电子显微镜观察，在非浸没式电子显微镜中，待测样品不在非浸没式电子显微镜的物镜形成的聚焦磁场区域内，因此电子束不受待测样品的导磁性影响，因此可以在磁性待测样品上获得高质量的图像。

因此，现有技术中用浸没式电子显微镜观察非磁性待测样品，用非浸没式电子显微镜观察磁性待测样品。需要使用不同类型得电子显微镜。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电子显微镜，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换，可以观察非磁性待测样品，也可以观察磁性待测样品，并且均能够获得高质量的图像。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种电子显微镜，包括：

电子源，用于产生电子束；

物镜，用于聚焦所述电子束；

调节极靴，可移动的设置在所述物镜与待测样品之间；

第一驱动机构，所述第一驱动机构驱动所述调节极靴在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述物镜的极靴方向朝向所述待测样品，所述第二位置为所述物镜的极靴方向朝向所述电子束的光轴。

在一些可选的实施方式中，所述物镜包括上极靴和下极靴，所述第一驱动机构驱动所述调节极靴位于第二位置，所述调节极靴与所述下极靴连接。

在一些可选的实施方式中，所述第一驱动机构为伸缩杆机构，所述调节极靴设置于所述伸缩杆机构的伸缩端。

在一些可选的实施方式中，所述第一驱动机构为转动机构，所述调节极靴通过连杆与所述转动机构连接。

进一步的，所述连杆设置有多个，多个所述连杆圆周间隔分布在所述转动机构外周，每个所述连杆上连接有一个所述调节极靴，不同的所述连杆上的所述调节极靴的尺寸不同。

在一些可选的实施方式中，还包括控制电极，所述连杆设置有多个，多个所述连杆圆周间隔分布在所述转动机构外周，部分所述连杆连接所述调节极靴，另一部分所述连杆连接所述控制电极。

在一些可选的实施方式中，所述物镜包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体下端为上极靴，所述第二壳体下端为下极靴，所述第一壳体与所述第二壳体滑动连接。

进一步的，还包括：

第二驱动机构，所述第二驱动机构驱动所述第一壳体在所述第二壳体上上下滑动。

进一步的，所述第一壳体设置有滑轨，所述第二壳体设置有滑槽，所述第一壳体与所述第二壳体通过所述滑轨与所述滑槽配合滑动连接。

进一步的，所述第二驱动机构包括：

驱动电机，设置在所述第二壳体上；

丝杆螺母传动机构，包括螺母和与所述螺母连接的丝杆；

所述螺母设置在所述第一壳体上，所述驱动电机驱动丝杆转动，带动所述第一壳体在所述第二壳体上上下滑动。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明提供的一种电子显微镜，通过在物镜与待测样品之间设置可移动的调节极靴，调节极靴可以改变物镜的磁场分布，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换，使得本发明提供的电子显微镜可以观察非磁性待测样品，也可以观察磁性待测样品，并且均能够获得高质量的图像。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明提供的一种电子显微镜一种实施方式调节极靴位于第一位置结构示意图；

图2是本发明提供的一种电子显微镜一种实施方式调节极靴位于第二位置结构示意图；

图3是本发明提供的一种电子显微镜另一种实施方式调节极靴位于第一位置结构示意图；

图4是本发明提供的一种电子显微镜另一种实施方式调节极靴位于第二位置结构示意图；

图5是本发明提供的转动机构与调节极靴和控制电极连接结构示意图；

图6是本发明提供的一种电子显微镜的调节极靴位于第一位置时聚焦磁场分布示意图；

图7是本发明提供的一种电子显微镜的调节极靴位于第一位置时光轴方向上磁场强度分布示意图；

图8是本发明提供的一种电子显微镜的调节极靴位于第二位置时聚焦磁场分布示意图；

图9是本发明提供的一种电子显微镜的调节极靴位于第二位置时光轴方向上磁场强度分布示意图。

图中：1、电子源；2、电子加速结构；3、光轴；4、偏转装置；5、第一壳体；6、第二壳体；7、上极靴；8、下极靴；9、调节极靴；10、待测样品；11、样品台；12、第二驱动机构；13、伸缩杆机构；14、转动机构；15、物镜；16、第一连杆；17、第二连杆；18、第三连杆；19、第四连杆；20、控制电极。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图9所示，本发明提供的一种电子显微镜，包括电子源1、物镜15、调节极靴9、第一驱动机构。

电子源1用于产生电子束，物镜15用于聚焦电子束，调节极靴9可移动的设置在物镜15与待测样品10之间，第一驱动机构驱动调节极靴9在第一位置和第二位置移动，第一位置为物镜15的极靴方向朝向待测样品10，第二位置为物镜15的极靴方向朝向电子束的光轴3。

具体的，电子源1用于产生电子束。电子源1分为场致发射源和热发射源，场致发射源又分为热场和冷场两种，热发射源分为钨丝、六硼化镧等。在本发明中电子源1可以是任意一种用于产生电子束的电子源1。

电子加速结构2为阳极，沿着电子束发射方向，用于形成一电场，增加电子束的运动速度。

物镜15用于聚焦电子束，将电子束聚焦到待测样品10上。

偏转装置4用于改变入射到待测样品10前的电子束的运动方向，能够产生任意偏转方向的扫描场。偏转装置4可以为磁偏转装置，或者是电偏转装置。扫描电子束作用于待测样品10上会产生二次电子、背散射电子、阴极荧光等。

调节极靴9可移动的设置在物镜15与待测样品10之间，第一驱动机构驱动调节极靴9在第一位置和第二位置移动，第一位置为物镜15的极靴方向朝向待测样品10，第二位置为物镜15的极靴方向朝向电子束的光轴3。

详细的，物镜15包括上极靴7和下极靴8，物镜15的上极靴7和下极靴8之间的开口方向即为物镜15的极靴方向。

当第一驱动机构驱动调节极靴9位于第一位置时，此时调节极靴9不在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9不连接，物镜15的极靴方向朝向待测样品10。

此时的电子显微镜为浸没式电子显微镜，浸没式电子显微镜的物镜15形成的聚焦磁场分布如图6所示，磁场强度曲线如图7所示。横坐标B表示沿光轴3方向的磁场强度值。纵坐标表示距离待测样品10表面高度值。即磁场强度曲线表示磁场强度在待测样品10表面上方空间高度方向上的变化曲线。

在浸没式电子显微镜中，待测样品10在浸没式电子显微镜的物镜15形成的聚焦磁场区域内，物镜15的象差系数小，物镜15的焦距较短，电子显微镜的图像分辨率高，随着磁场强度的最大值区域与待测样品10之间的距离变小，象差变小，焦距变小，电子显微镜的图像分辨率高。

然而，当浸没式电子显微镜观察的待测样品10被磁化时，或者是待测样品10为磁性待测样品10时，由于覆盖在待测样品10上的磁场受到磁性待测样品10的干扰，无法获得清晰的图像。

当需要观察磁性待测样品10时，第一驱动机构驱动调节极靴9位于第二位置，此时调节极靴9在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9连接，物镜15的下极靴8被延长至调节极靴9的下端部，物镜15的极靴方向朝向电子束的光轴3。

此时的电子显微镜为非浸没式电子显微镜，非浸没式电子显微镜的物镜15形成的聚焦磁场分布如图8所示，磁场强度曲线如图9所示。横坐标B表示沿光轴3方向的磁场强度值。纵坐标表示距离待测样品10表面高度值。即磁场强度曲线表示磁场强度在待测样品10表面上方和下方空间高度方向上的变化曲线。

在非浸没式电子显微镜中，待测样品10不在非浸没式电子显微镜的物镜15形成的聚焦磁场区域内，因此电子束不受待测样品10的导磁性影响，因此可以在磁性待测样品10上获得高质量的图像。

本发明提供的一种电子显微镜，通过在物镜15与待测样品10之间设置可移动的调节极靴9，调节极靴9可以改变物镜15的磁场分布，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换。使得本发明提供的电子显微镜可以观察非磁性待测样品10，也可以观察磁性待测样品10，并且均能够获得高质量的图像。

如图1至图2所示，在一些可选的实施方式中，第一驱动机构为伸缩杆机构13，调节极靴9设置于伸缩杆机构13的伸缩端。伸缩杆机构13驱动调节极靴9在第一位置和第二位置移动。

伸缩杆机构13可以是液压伸缩机构，也可以是气压伸缩机构，齿轮齿条传动机构，本领域技术人员可以根据实际情况需要自行选择。

调节极靴9设置在伸缩杆机构13的伸缩端上，当伸缩杆机构13的伸缩端伸出时，伸缩杆机构13的伸缩端带动设置在伸缩端上的调节极靴9位于第二位置，此时调节极靴9在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9连接，此时的电子显微镜为非浸没式电子显微镜。

当伸缩杆机构13的伸缩端缩回时，伸缩杆机构13的伸缩端带动设置在伸缩端上的调节极靴9位于第一位置，此时调节极靴9不在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9不连接，此时的电子显微镜为浸没式电子显微镜。

本实施方式提供的一种电子显微镜，通过伸缩杆机构13驱动调节极靴9在第一位置和第二位置移动，调节极靴9可以改变物镜15的磁场分布，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换。使得本发明提供的电子显微镜可以观察非磁性待测样品10，也可以观察磁性待测样品10，并且均能够获得高质量的图像。

如图3至图4所示，在一些可选的实施方式中，第一驱动机构为转动机构14，调节极靴9通过连杆与转动机构14连接，转动机构14转动时通过连杆带动调节极靴9在第一位置和第二位置移动。

转动机构14可以为电机，等常用实现转动的机械结构，本领域技术人员可以根据实际情况需要自行选择。

连杆的一端与调节极靴9连接，连杆的另一端与转动机构14的外壁连接。当转动机构14转动时，转动机构14带动连杆转动，进而带动与连杆连接的调节极靴9转动。

当转动机构14带动调节极靴9位于第二位置，此时调节极靴9在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9连接，此时的电子显微镜为非浸没式电子显微镜。

当转动机构14带动调节极靴9位于第一位置，此时调节极靴9不在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9不连接，此时的电子显微镜为浸没式电子显微镜。

本实施方式提供的一种电子显微镜，通过转动机构14，驱动调节极靴9在第一位置和第二位置移动，调节极靴9可以改变物镜15的磁场分布，实现电子显微镜在浸没式电子显微镜和非浸没式电子显微镜的切换。使得本发明提供的电子显微镜可以观察非磁性待测样品10，也可以观察磁性待测样品10，并且均能够获得高质量的图像。

如图3至图5所示，在一些可选的实施方式中，连杆设置有多个，多个连杆圆周间隔分布在转动机构14外周，每个连杆上连接有一个调节极靴9，不同的连杆上的调节极靴9的尺寸不同。

物镜15的下极靴8端部为圆环形，调节极靴9为中空圆台形状。调节极靴9上端面的直径大于下端面的直径。当第一驱动机构驱动调节极靴9位于第二位置，调节极靴9与下极靴8连接。

为了调整物镜15的不同磁场强度分布，灵活调节非浸没式电子显微镜的磁场强度分布，本实施方式的调节极靴9设置为多个，多个调节极靴9的尺寸不同，例如，调节极靴9上端面的直径与物镜15的下极靴8端部直径相同，调节极靴9的下端面的直径可以选择不同的尺寸。

转动机构14外周圆周间隔分布多个连杆，每个连杆上连接有一个调节极靴9，不同的连杆上的调节极靴9的尺寸不同，在使用过程中可以根据需要选择将合适尺寸的调节极靴9驱动至第二位置。

本实施方式提供的一种电子显微镜，通过在转动机构14外周分布多个连杆，每个连杆上连接有一个调节极靴9，不同的连杆上的调节极靴9的尺寸不同，可选择的将合适尺寸的调节极靴9驱动至第二位置。可灵活得调节非浸没式电子显微镜的磁场强度分布。

如图3至图5所示，进一步的，本实施方式中提供的一种电子显微镜还包括控制电极20，连杆设置有多个，多个连杆圆周间隔分布在转动机构14外周，部分连杆连接调节极靴9，另一部分连杆连接控制电极20。

详细的，以设置四个连杆为例进行说明，四个连杆圆周均匀间隔分布在转动机构14的外周，第一连杆16上连接有调节极靴9，第二连杆17上连接有控制电极20，第三连杆18上连接有调节极靴9，第四连杆19上链接有控制电极20。两个调节极靴9的尺寸不同，两个控制电极20的尺寸不同。

通过控制转动机构14的转动角度，可以驱动调节极靴9位于第二位置，此时调节极靴9在物镜15的下方，即调节极靴9与下极靴8连接，物镜15的极靴方向朝向电子束的光轴3，此时的电子显微镜为非浸没式电子显微镜。

控制转动机构14的转动角度，可以驱动调节极靴9位于第一位置，此时调节极靴9不在物镜15的下方，物镜15的下极靴8与调节极靴9不连接，此时的电子显微镜为浸没式电子显微镜。

控制转动机构14的转动角度，可以驱动控制电极20位于物镜15的下方，通过对控制电极20施加需要的电压，可以改变样品台11与控制电极20之间的电场。改变电子束作用于待测样品10上产生的二次电子和背散射电子的运动轨迹。

如图1至图4所示，在一些可选的实施方式中，本实施方式提供的一种电子显微镜，物镜15包括第一壳体5和第二壳体6，第一壳体5下端为上极靴7，第二壳体6下端为下极靴8，第一壳体5与第二壳体6滑动连接，改变上极靴7与下极靴8之间的相对位置。

具体的，第一壳体5下端为上极靴7，第二壳体6下端为下极靴8，第一壳体5与第二壳体6滑动连接。由于第一壳体5与第二壳体6滑动连接，所以第一壳体5与第二壳体6之间可以发生相对位置关系变化。当第一壳体5与第二壳体6相对滑动时，进而第一壳体5下端的上极靴7和第二壳体6下端的下极靴8之间的相对位置发生改变。由于物镜15的上极靴7和下极靴8之间的相对位置发生改变，所以物镜15的磁场分布也发生相应的改变。可以得到不同的磁场分布的物镜15，便于调节物镜15，获得高质量的图像。

如图1至图4所示，在一些可选的实施方式中，本实施方式提供的一种电子显微镜还包括第二驱动机构12。第二驱动机构12驱动第一壳体5在第二壳体6上上下滑动。

第二壳体6固定不动，第一壳体5与第二壳体6滑动连接。第二驱动机构12驱动第一壳体5在第二壳体6上上下滑动。改变上极靴7与下极靴8之间的相对位置。得到不同的磁场分布的物镜15，便于调节物镜15，获得高质量的图像。

进一步的，第一壳体5设置有滑轨，第二壳体6设置有滑槽，第一壳体5与第二壳体6通过滑轨与滑槽配合滑动连接。

第一壳体5与第二壳体6通过滑轨与滑槽配合滑动连接。可以实现第一壳体5与第二壳体6之间的接触面积大，保证物镜15整体的磁场强度。

进一步的，第二驱动机构12包括驱动电机和丝杆螺母传动机构。

驱动电机设置在第二壳体6上，丝杆螺母传动机构包括螺母和与螺母连接的丝杆，螺母设置在第一壳体5上，驱动电机驱动丝杆转动，带动第一壳体5在第二壳体6上上下滑动。

详细的，驱动电机安装在第二壳体6上，螺母安装在第一壳体5上，丝杆与螺母螺纹转动连接，驱动电机与丝杆连接，驱动电机驱动丝杆转动，丝杆转动驱动螺母在丝杆上上下移动，上下移动的螺母带动第一壳体5在第二壳体6上上下滑动。

通过驱动电机控制丝杆螺母传动机构运动，带动第一壳体5在第二壳体6上上下滑动。可以精准的控制第一壳体5滑动距离。从而精准的控制物镜15的上极靴7和下极靴8之间的相对位置。

需要说明的是，第二驱动机构12还可以是液压伸缩机构，或者是气压伸缩机构，或者是电机和齿轮齿条传动机构，或者是平面电机等，本领域技术人员可以根据实际情况需要自行选择。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电子显微镜，其特征在于，包括：

电子源，用于产生电子束；

物镜，用于聚焦所述电子束；

调节极靴，可移动的设置在所述物镜与待测样品之间；

第一驱动机构，所述第一驱动机构驱动所述调节极靴在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述物镜的极靴方向朝向所述待测样品，所述第二位置为所述物镜的极靴方向朝向所述电子束的光轴。

2.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，所述物镜包括上极靴和下极靴，所述第一驱动机构驱动所述调节极靴位于第二位置，所述调节极靴与所述下极靴连接。

3.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，所述第一驱动机构为伸缩杆机构，所述调节极靴设置于所述伸缩杆机构的伸缩端。

4.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，所述第一驱动机构为转动机构，所述调节极靴通过连杆与所述转动机构连接。

5.根据权利要求4所述的电子显微镜，其特征在于，所述连杆设置有多个，多个所述连杆圆周间隔分布在所述转动机构外周，每个所述连杆上连接有一个所述调节极靴，不同的所述连杆上的所述调节极靴的尺寸不同。

6.根据权利要求4所述的电子显微镜，其特征在于，还包括控制电极，所述连杆设置有多个，多个所述连杆圆周间隔分布在所述转动机构外周，部分所述连杆连接所述调节极靴，另一部分所述连杆连接所述控制电极。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电子显微镜，其特征在于，所述物镜包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体下端为上极靴，所述第二壳体下端为下极靴，所述第一壳体与所述第二壳体滑动连接。

8.根据权利要求7所述的电子显微镜，其特征在于，还包括：

第二驱动机构，所述第二驱动机构驱动所述第一壳体在所述第二壳体上上下滑动。

9.根据权利要求8所述的电子显微镜，其特征在于，所述第一壳体设置有滑轨，所述第二壳体设置有滑槽，所述第一壳体与所述第二壳体通过所述滑轨与所述滑槽配合滑动连接。

10.根据权利要求9所述的电子显微镜，其特征在于，所述第二驱动机构包括：

驱动电机，设置在所述第二壳体上；

丝杆螺母传动机构，包括螺母和与所述螺母连接的丝杆；

所述螺母设置在所述第一壳体上，所述驱动电机驱动丝杆转动，带动所述第一壳体在所述第二壳体上上下滑动。

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