CN115497790A - 热发射电子源、扫描电镜、栅极调节方法、装置和介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种热发射电子源、扫描电镜、栅极调节方法、装置和介质。热发射电子源包括阳极、阴极和栅极，栅极位于阳极和阴极之间，栅极的电压根据发射电压和预设映射关系调整，其中，预设映射关系表示发射电压和栅极的电压的对应关系，发射电压包括阳极的电压与阴极的电压之间的电压差。本申请实施方式的热发射电子源，能够根据发射电压，调整栅极的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
Description
技术领域
本申请涉及扫描电镜技术领域，尤其涉及一种热发射电子源、扫描电镜、栅极调节方法、装置和介质。
背景技术
扫描电镜的电子源根据发射机制不同可分为热发射电子源和场发射电子源。热发射电子源的特点是亮度不及场发射电子源，但发射条件要求不高，成本较低。热发射电子源一般为三极构型：阴极、阳极、栅极。栅极起到会聚电子束和调节电流大小的作用。经典的热发射电子源的栅极电压多为串联大电阻进行自反馈调节，缺乏反馈调节的自由度。这使得在中低电压条件工作时，亮度由于空间电荷效应的影响将有很大损失，又或者束流过大而导致能散增大，进而影响了中低压条件下的最佳分辨率和信噪比，未达到最佳成像质量。
发明内容
本申请提供一种热发射电子源、扫描电镜、栅极调节方法、装置和介质。
本申请实施方式的用于扫描电镜的热发射电子源包括阳极、阴极和栅极，所述栅极位于所述阳极和所述阴极之间，所述栅极的电压根据发射电压和预设映射关系调整，其中，所述预设映射关系表示所述发射电压和所述栅极的电压的对应关系，所述发射电压包括所述阳极的电压与所述阴极的电压之间的电压差。
本申请实施方式的热发射电子源，能够根据发射电压，调整栅极的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，增加扫描电镜的分辨率。
在某些实施方式中，所述热发射电子源还包括中间极，所述中间极位于所述栅极与所述阳极之间，所述阴极发出的电子束依次穿过所述栅极、所述中间极以及所述阳极，所述发射电压包括所述中间极的电压与所述电压差之和。
在某些实施方式中，所述中间极具有10kV的正电位。
在某些实施方式中，所述中间极和所述阳极之间形成减速场。
在某些实施方式中，所述阳极接地，所述阴极与负高压电源连接。
在某些实施方式中，所述阴极为钨灯丝。
本申请实施方式的扫描电镜包括物镜和上述任一项实施方式所述的热发射电子源。
本申请实施方式的扫描电镜，能够根据发射电压，调整栅极的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
本申请实施方式的热发射电子源的栅极调节方法，用于上述任一实施方式所述的热发射电子源，栅极调节方法包括：
根据成像需求，调整所述热发射电子源的发射电压；
根据所述发射电压和预设映射关系，调整所述栅极的电压，其中，所述预设映射关系表示所述发射电压和所述栅极的电压的对应关系，所述发射电压包括所述阳极的电压与所述阴极的电压之间的电压差。
本申请实施方式的热发射电子源的栅极调节装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行的情况下，实现上述实施方式所述的热发射电子源的栅极调节方法的步骤。
本申请实施方式的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行的情况下，实现上述实施方式所述的热发射电子源的栅极调节方法的步骤。
本申请实施方式的热发射电子源的栅极调节方法、热发射电子源的栅极调节装置以及计算机可读存储介质，能够根据发射电压，调整栅极的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的热发射电子源的结构示意图；
图2是本申请实施方式的扫描电镜的结构示意图；
图3是本申请实施方式的栅极调节方法的流程图；
图4是本申请实施方式的栅极调节装置的示意图。
主要元件符号说明：
扫描电镜1000；
热发射电子源100、阳极10、阴极20、栅极30、中间极40；
物镜200；
栅极调节装置300、存储器310、处理器320。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本申请实施方式的用于扫描电镜1000的热发射电子源100包括阳极10、阴极20和栅极30。栅极30位于阳极10和阴极20之间，栅极30的电压根据发射电压和预设映射关系调整。其中，预设映射关系表示发射电压和栅极30的电压的对应关系，发射电压包括阳极10的电压与阴极20的电压之间的电压差。
本申请实施方式的热发射电子源100，能够根据发射电压，调整栅极30的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
具体的，栅极30电压的大小影响热发射电子源100发射的束流的大小以及出射电子的会聚程度，在栅极30电压为与发射电压相适应的电压值时，能够令电子束亮度较大，同时束流相对较小，降低由电子束相互作用引起的能散，从而降低能散引起的色差，提高低电压成像条件下的扫描电镜1000的分辨率，可以理解的，不同的发射电压相适应的栅极30电压不同，可以通过预设映射关系表示发射电压和栅极30的电压的对应关系，从而方便根据发射电压，调整栅极30的电压。具体的，预设映射关系可以由电子光学数值计算方法得出，本申请不做具体赘述。发射电压影响由热发射电子源100发射的电子束的发射亮度。
在某些实施方式中，请参阅图1，热发射电子源100还包括中间极40，中间极40位于栅极30与阳极10之间，阴极20发出的电子束依次穿过栅极30、中间极40以及阳极10，发射电压包括中间极40的电压与电压差之和。
如此，能够增大阴极20附近电场强度，克服阴极20处的空间电荷效应，提高发射亮度，从而改善成像信噪比。
具体的，根据成像需要，在某些情况下，例如在采用较高的加速电压的情况下，电子束能量高，穿透样品较深，可能得到的不是样品真实的表面信息；较高能量的电子束，也可能对不耐电子束的样品损伤较大；导电性不好的样品，表面可能会积累电荷造成荷电和样品漂移，影响观察，因此为避免上述情况，可以根据样品的成像需求，需要降低加速电压，保障成像质量，而为了在较低的加速电压的情况下，提高发射亮度，以改善成像信噪比，在阳极10与栅极30之间设置中间极40，以便于增加发射亮度，增加图像分辨率。可以理解的，加速电压越低，设置中间极40的技术方案的效果越显著。
进一步的，中间极40具有10kV的正电位。
如此，能够保证具有较好的提高发射亮度的情况下，降低过高的电位引起的能源的浪费、中间极40材料的损毁等问题发生的概率。
值得说明的是，加速电压为低压条件下，在中间极40施加10kV的正电位，能够增大灯丝尖端，即阴极20，附近的电场强度，克服灯丝处的空间电荷效应，提高发射亮度，更高的亮度能够改善低电压条件下的成像信噪比。可以理解的，加速电压越低，该方法改善效果越显著。
在某些实施方式中，中间极40和阳极10之间形成减速场。
如此，能够调整穿过中间极40的电子束的能量，将电子束减速至样品所需的能量。
具体的，电子束的运动方向为由中间极40向阳极10运动，因此，中间极40的电势相对阳极10的电势为负即为减速场，中间极40的电势与阳极10的电势之间的差值可以根据样品所需的能量进行调整，本申请不做具体限制。值得说明的是，可以根据需要调整中间极40的电压和/或阳极10的电压，以使得中间极40和阳极10之间形成加速场，以便于将电子束加速至样品所需的能量。
在某些实施方式中，阳极10接地，阴极20与负高压电源连接。
如此，实现阳极10与阴极20之间的电势差，以便于从阴极20发出电子束。
在某些实施方式中，阴极20为钨灯丝。
如此，热发射电子源100的发射条件要求不高，成本较低。
请参阅图2，本申请实施方式的扫描电镜1000包括物镜200以及上述任一项实施方式的热发射电子源100。
本申请实施方式的扫描电镜1000，能够根据发射电压，调整栅极30的电压至与发射电压相适应的值，从而使得束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
具体的，物镜200可以包括磁透镜，物镜200可以包括电透镜，物镜200也可以包括电磁复合镜，物镜200用于聚焦热发射电子源100发射的电子束至样品上。
扫描电镜1000还可以包括壳体，物镜200和热发射电子源100可以容置于壳体内，壳体的形状有很多，其可以呈圆台状、圆锥状、圆柱体等形状，本申请不做具体限制。
请参阅图3，本申请实施方式的热发射电子源100的栅极30调节方法，用于上述任一实施方式的热发射电子源100，调节方法包括：
步骤S10，根据成像需求，调整热发射电子源100的发射电压；
步骤S20，根据发射电压和预设映射关系，调整栅极30的电压，其中，预设映射关系表示发射电压和栅极30的电压的对应关系，发射电压包括阳极10的电压与阴极20的电压之间的电压差。
本申请实施方式的热发射电子源100的栅极30调节方法，能够根据成像需求，调整发射电压，从而根据发射电压和预设映射关系，调整栅极30电压，使得栅极30电压与发射电压相适应，从而在保证束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
具体的，成像需求可以包括但不限于环境限制、样品的成像条件等因素，例如，在某些实施方式中，样品的导电性不好，表面可能会积累电荷造成荷电和样品漂移，影响观察，因此需根据样品调整发射电压。
请参阅图4，本申请实施方式的热发射电子源100的栅极调节装置300，包括处理器320和存储器310，存储器310存储有计算机程序，计算机程序被处理器320执行的情况下，实现上述热发射电子源100的栅极30调节方法的步骤。
本申请实施方式的热发射电子源100的栅极调节装置300，能够根据成像需求，调整发射电压，从而根据发射电压和预设映射关系，调整栅极30电压，使得栅极30电压与发射电压相适应，从而在保证束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
本申请实施方式的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器320执行的情况下，实现上述任一实施方式的负载均衡方法的步骤。
本申请实施方式的计算机可读存储介质，能够根据成像需求，调整发射电压，从而根据发射电压和预设映射关系，调整栅极30电压，使得栅极30电压与发射电压相适应，从而在保证束流较小的同时，保障电子束的亮度，降低电子束相互作用引起的能散，降低空间电荷效应对电子束亮度的影响，平衡电子束的亮度和能散，优化了各种发射电压下的分辨率和信噪比。
可以理解，计算机程序包括计算机程序代码。计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器310、只读存储器310(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器310(RAM，Random AccessMemory)、以及软件分发介质等。处理器320可以是中央处理器320，还可以是其他通用处理器320、数字信号处理器320(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种热发射电子源，用于扫描电镜，其特征在于，所述热发射电子源包括阳极、阴极和栅极，所述栅极位于所述阳极和所述阴极之间，所述栅极的电压根据发射电压和预设映射关系调整，其中，所述预设映射关系表示所述发射电压和所述栅极的电压的对应关系，所述发射电压包括所述阳极的电压与所述阴极的电压之间的电压差。
2.根据权利要求1所述的热发射电子源，其特征在于，所述热发射电子源还包括中间极，所述中间极位于所述栅极与所述阳极之间，所述阴极发出的电子束依次穿过所述栅极、所述中间极以及所述阳极，所述发射电压包括所述中间极的电压与所述电压差之和。
3.根据权利要求2所述的热发射电子源，其特征在于，所述中间极具有10kV的正电位。
4.根据权利要求2所述的热发射电子源，其特征在于，所述中间极和所述阳极之间形成减速场。
5.根据权利要求1所述的热发射电子源，其特征在于，所述阳极接地，所述阴极与负高压电源连接。
6.根据权利要求1所述的热发射电子源，其特征在于，所述阴极为钨灯丝。
7.一种扫描电镜，其特征在于，包括物镜以及上述权利要求1至6任一项所述的热发射电子源。
8.一种热发射电子源的栅极调节方法，用于权利要求1至6任一项所述的热发射电子源，其特征在于，所述栅极调节方法包括：
根据成像需求，调整所述热发射电子源的发射电压；
根据所述发射电压和预设映射关系，调整所述栅极的电压，其中，所述预设映射关系表示所述发射电压和所述栅极的电压的对应关系，所述发射电压包括所述阳极的电压与所述阴极的电压之间的电压差。
9.一种热发射电子源的栅极调节装置，其特征在于，所述栅极调节装置包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行的情况下，实现权利要求8所述的热发射电子源的栅极调节方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行的情况下，实现权利要求8所述的热发射电子源的栅极调节方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 230088 floor 1-4, zone a, building E2, phase II, innovation industrial park, No. 2800, innovation Avenue, high tech Zone, Hefei, Anhui Province Applicant after: Guoyi Quantum Technology (Hefei) Co.,Ltd. Address before: 230088 floor 1-4, zone a, building E2, phase II, innovation industrial park, No. 2800, innovation Avenue, high tech Zone, Hefei, Anhui Province Applicant before: Guoyi Quantum (Hefei) Technology Co.,Ltd. |