JP2017106895A - 荷電粒子顕微鏡用の極低温サンプルの調製 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極低温流体を輸送する2つの導管31a,31bを提供するステップであって,導管31a,31bの各々は,マウスピース33a,33bまで開通しており,マウスピース33a,33bは,介在ギャップ35を介して相互に対面するように配置されるステップと,サンプルSをギャップ35に設置するステップと,導管31a,31bを介して極低温流体7をくみ上げ,マウスピース33a,33bから一斉に流出させ,これにより,2つの対向する側からサンプルSを極低温流体7に急速浸漬させるステップと,を有する方法。
【選択図】図3A
Description
前記サンプルを保持するサンプルホルダと、
少なくとも前記サンプルホルダにある間、前記サンプルを極低温に維持する冷却装置と、
荷電粒子のビームを形成するソース源と、
前記ビームが前記サンプルに照射されるように前記ビームを誘導する照明器と、
前記照射に応じて前記サンプルから放射される放射線の流束を検出する検出器と、
を有する。
−SEMでは、走査電子ビームによるサンプルの照射により、サンプルから、例えば、二次電子、後方散乱電子、X線、およびフォトルミネッセンス(赤外光子、可視光、および/または紫外光子)の形態の「予備」放射線の放出が促進される。次に、この放出放射線の流束の1または2以上の成分が検出され、画像蓄積用に使用される。
−TEMでは、サンプルに照射される電子ビームにおいて、十分に高いエネルギーが選定され、これがサンプルに進入する(このため、通常、サンプルは、SEMのサンプルに比べて薄くされる)。次に、サンプルから放出される透過電子の流束を用いて、画像が形成される。そのようなTEMが走査モードで作動される(すなわちSTEMとなる)と、照射電子ビームの走査の動きの間、対象の画像が蓄積される。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子を使用する代わりに、荷電粒子顕微鏡では、荷電粒子の他の種類が使用される。この態様において、「荷電粒子」という用語は、例えば、電子、正イオン(例えばGaまたはHeイオン)、負イオン、プロトンおよびポジトロンを含むように、広く解する必要がある。非電子系の荷電粒子顕微鏡に関しては、以下のような情報源からのいくつかの別の情報が参照される:
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
- W.H. Escovitz, T.R. Fox and R. Levi-Setti, Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72(5), pp 1826-1828 (1975).
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
結像および(局部的)表面改質(例えばミリング、エッチング、成膜等)の実施に加えて、荷電粒子顕微鏡は、分光分析の実施、回折像の評価等、他の機能も有することに留意する必要がある。
−例えばショットキー電子源またはイオン銃のような放射線源。
−ソース源からの「生の」放射線ビームを操作し、焦点化、収差軽減、クロッピング(アパーチャとともに)、フィルタ処理などの動作を実施するように機能する照明器(illuminator)。通常、これは、1または2以上の(荷電粒子)レンズを有し、さらに他の種類の(粒子)光学部材を有しても良い。必要な場合、照明器には、偏向器システムが提供され、これにより、出力ビームは、被評価サンプルにわたる走査の動きを実施できるようになる。
−サンプルホルダ。被評価サンプルは、この上に保持され、(例えば傾斜、回転して)配置される。必要な場合、このホルダを動かし、サンプルに対するビームの所望の走査の動きを実施しても良い。通常、そのようなサンプルホルダは、機械式ステージのような配置システムに接続される。ホルダは、サンプルを所与の温度範囲(高温または低温)に維持する手段を有しても良い。本発明の特定の例では、これは、通常、サンプルを極低温に維持する手段を有する。
−(被照射サンプルから放出される放射線を検出する)検出器。これは、事実上、一体型であっても、複合/分散式であっても良く、検出される放射線に応じて、多くの異なる態様を取り得る。一例には、CMOS検出器、CCD検出器、光電セル、X線検出器(シリコンドリフト検出器およびSi(Li)検出器)等が含まれる。通常、CPMは、いくつかの異なる種類の検出器を有し、これらの選択には、異なる状況が想定される。
−放射線ビームおよびサンプルの相対的な走査の動きを生成する走査手段。これにより、ビームは、サンプル(の表面)上で所定の(2次元)走査パターンでトレースされる。次に、走査パターンのサンプリング点あたりの検出器の出力に基づいて画像が形成され、前記サンプル(表面)の(2次元)マップが構築される。前述のように、そのような走査手段は、例えば、ビーム(走査)偏向またはホルダ(走査)の動きに基づいても良い。
−結像システム。これは、実質的にサンプル(面)を通過する荷電粒子を取り込み、これらを、検出/結像装置、分光分析機器(EELSモジュール)等のような解析機器に誘導(集束)する。前述の照明器で参照したように、結像システムは、収差軽減、クロッピング、フィルタ処理などのような、他の機能を実施しても良く、通常、これは、1または2以上の荷電粒子レンズおよび/または他の種類の粒子−光学部材を有する。
−CPMの(準)真空環境に導入された水溶液は、脱ガス/沸騰を開始し、試料が劣化する傾向にある;
−これを防ぐため、サンプル(資料+水溶液)は、まず、前記真空に導入する前に凍結される;
−しかしながら、(鋭い)氷の結晶の形成により生じる試料の損傷を防ぐには、そのような凍結は、通常、極めて急速に実施され、顕著な氷の結晶化を生じさせずに、サンプルのガラス化(アモルファス、ガラス状相への固化)を得る必要がある。
−サンプルは、前側が先に、水平に凍結剤浴に急落下され、
−サンプルの前側が凍結剤と接触する直前に、サンプルの後側に、極低温流体の一吹き(気相)を(ノズルから)提供する。
−極低温流体を輸送する2つの導管を提供するステップであって、前記導管の各々は、マウスピースまで開通しており、該マウスピースは、介在ギャップを介して相互に対面するように配置される、ステップと、
−前記サンプルを前記ギャップに設置するステップと、
−前記導管を介して極低温流体をくみ上げ、前記マウスピースから一斉に流出させ、これにより、2つの対向する側から前記サンプルを、極低温流体に急速浸漬(濡らし、湿らせ、シャワー)させるステップと、
を有する。
(i)サンプルは、液体凍結剤中に急落下させる必要はなく、代わりに、凍結剤は、前記導管を介してサンプルにもたらされる。
(ii)そのような構成では、サンプルの後側と前側の冷却の点で、完全な対称性が得られる。両マウスピースからの凍結剤の一斉流出は、凍結剤種、相、温度、流束断面、および流速の点で、同じである。これは、例えば、サンプルの前側と後側とで、冷却条件の間に固有の差異が存在する、従来の水平急落下技術とは対照的である。前述のUS 9,116,091号では、サンプルの前側は、極低温の浴に晒されるのに対して、サンプルの後側は、凍結剤のスプレーに晒される。熱容量/熱伝導度、露出形状/パターン/範囲、流体圧力、相などの結果、前側/後側において差異が生じる。
(iii)導管が極低温流体を一斉流出させる際、サンプルは、導管に対して静止している。これは、重要である。なぜなら、サンプルの取り付けに使用されるグリッド/膜は、通常、極めて脆く/壊れやすく、これらを液体の停滞する本体に、突然、移動/急落下させると、これらが損傷する。本発明では、この問題は、静止サンプルの対向する両面に、凍結剤を同時に一斉流出させることにより、軽減される。これは、グリッド/膜に、より対称な力を形成する傾向にある。その結果、しばしば、頑丈なものに切り換えなくても、比較的薄いグリッド/膜が使用できる。
前記導管は、プランジャ内に配置され、各導管は、前記プランジャの下側に入口開口を有し、前記ギャップは、前記プランジャの上側にスロットとして提供され、
前記プランジャの下には極低温流体の浴が提供され、
前記サンプルは、前記プランジャに下向きの圧力を印加するツールを用いて、前記スロットに挿入され、これにより、プランジャの少なくとも一部が沈み、前記浴中の極低温流体は、前記入口開口に流れ、前記マウスピースを介して放出される。
−関心対象の「ツール」は、例えば、ピンセットまたはピラーであり、これを用いて、試料がその端部で把持される。そのようなツールは、(スロットの)ツールの(下側の)プランジャへの挿入の動きを変換するため、例えば、プランジャの上部に係合する、突起、バール、または局部的な拡大部のような特徴部を有する。
−プランジャは、最初、凍結剤浴に(浅く)浮遊しても良く、あるいは浴に漂っていても良い。
−図3A乃至3Cに示した例では、サンプル面は垂直に配向され、極低温流体は、マウスピースから水平に一斉流出されるが、これは、必ずしも必要ではない。代わりに、例えば、サンプル面が水平に配向され、マウスピースがその上下に配置され、極低温流体がマウスピースから鉛直方向に一斉流出されるように、構成されても良い。いずれの場合も、両方の導管の(累積)長さは、実質的に等しいことが望ましい。この場合、プランジャが好適に潜水した際に、両方のマウスピースからの極低温流体の噴出を、実質的に同時に生じさせることができる。
−プランジャは、極低温での使用と互換性を有する限り(例えば脆性の点で)、各種材料で構成されても良い。一例には、例えばステンレス鋼、チタン、および(ある)セラミックが含まれる。
−サンプルは、実質的に平坦であり、相互に対向する主表面を有する;
−サンプルは、前記ギャップ内に、前記主表面が前記マウスピースと対面するように配置される。
−各マウスピースの終端/極値/円周の周囲が考慮される。これは、通常、円形であるが、これは必ずしも必要ではない。
−これらの周囲は、理想的には、共通軸上に中心化される。
−この共通軸は、(平坦な)サンプルの面と(ほぼ)直角/垂直な角度で交差する。
−第1のマウスピースに接続された導管への凍結剤のくみ上げを僅かに遅らせる、および/または
−第1のマウスピースに接続される導管の長さを、第2のマウスピースに接続される長さよりも僅かに長くする。
図1Aには、サンプルSを極低温に急落下冷却する、より具体的には、前述の「水平急落下」技術と称される技術を用いる、従来の機器1の態様の概略的な正面図を示す。サンプルSは、通常(これに限られるものではないが)、図1Dに詳細を示すようなタイプの複合構造を有する。以下の記載では、デカルト座標系XYZが使用されることに留意する必要がある。示された機器1は、以下を有する:
−端部またはその近傍で、サンプルSを把持するために使用されるアーム3であって、サンプルSを実質的に水平な配向(XY平面と平行)に保持するアーム3。このアーム3は、グリッパ3aを有し、これは、例えば、ピンセット動作を用いて、サンプルSを把持する。必要な場合、サンプルSは、小さな突出ラグ(図示されていない)を有し、これがグリッパ3aによってより容易に把持されても良い。
−凍結剤の浴7で少なくとも部分的に充填された、(デュワーのような)容器5。前記凍結剤7は、露出上表面9を有する(これは、比較的小さなメニスカス効果を与えるが、実質的に水平である)。
−落下機構11a、11b。これらを用いて、(少なくとも部分的に)アーム3が容器5内に移動し、アーム3の(グリッパ3aの)サンプルSは、サンプルSの前側Sfが下向き(Z方向に平行)な状態で、凍結剤表面9の下まで急落下する。本願において、落下機構11a、11bは、スライダ11aを有し、これは、ロッド11bに沿って、Z方向に平行に、上下に移動する(矢印11cで示されている)。落下中のスライダ11aの下向きの動きは、例えば、自由落下、カタパルト式、または電動式であっても良い。示された機構の代替/補完として、サンプルSを凍結剤表面9の下まで手動で浸漬させても良い。
−図1Bでは、サンプルSは、「水平急落下」法の代わりに、「垂直急落下」技術を用いてガラス化される。そのような方法は、前述のKasasの文献に記載されているが、好ましくない結果が生じることが予想される。サンプルSは、「うつぶせ」ではなく、「直線的に」(垂直方向に)冷却されるためである。
−図1Cには、前述の米国特許第US9,116,091号に記載の方法が概略的に示されている。これは、「水平急落下」技術ではあるが、サンプルSの後側Sbに向かって、ノズル13が極低温蒸気の「一吹き」15を加え、その前側Sfが凍結剤表面9に当たるように修正されている。前側Sfおよび後側Sbの同時のガラス化が達成される。これは、ガラス化が同時に生じない図1Aの状態とは異なる。
図3A乃至3Cには、本発明による方法および機器の実施例の態様を示す。最初に図3Aについて検討すると、この図には、極低温流体を輸送する導管31a、31bの組が示されている。これらの導管31a、31bの各々は、2つの外部オリフィスを有し、これらは(それぞれ):
−(下側)入口オリフィス37a、37bであって、これを介して、極低温流体は、導管31a、31bに導入される、入口オリフィス37a、37b;
−(上側)マウスピース(出口オリフィス)33a、33bであって、これを介して、極低温流体は、導管31a、31bから排出される、マウスピース33a、33b;
である。これらのマウスピース33a、33bは、介在ギャップ35を介して相互に対面する。
−利便性のため、ここでは、各部材31a、31b、33a、33b、35、37a、37bは、本体Pに配置されるものとして描かれており、この本体Pは、これらの部材を所定の位置に維持するマトリクス/構造として機能する。例えば、本体Pは、金属またはセラミックの栓(plug)/ブロックであっても良く、これらの各種部材は、例えば、鋳造、成型、機械加工、または3Dプリンタにより形成される。しかしながら、これは必ずしも必須ではなく、各種部材は、(準)自立構造であっても良い。
−ここでは、オリフィス37a、37b、33a、33bは、フレア状に描かれているが、これは必ずしも必要ではない。
−ギャップ35は、均一な幅を有するものとして描かれているが、代わりに、これは例えば、テーパ状であっても良い。
また、図3Aに示されているツールT(ピンセット、挟み、プライヤ、クランプ、ロボットアームなど)は、例えば、サンプルSをその端部に沿って把持することにより、サンプルSを把持し操作するように使用されても良い。このツールTを使用して、マウスピース33a、33bの間のギャップ35に、サンプルSを配置しても良い。
−サンプルSは、直径3mm、厚さ0.4mmの平坦グリッドを有する。
−マウスピース33a、33bの直径は、3〜4mmである。
−導管31a、31bの直径は、2.5mmである。
−マウスピース31a、31bの分離/ギャップ35の幅は、1mmである。
−マウスピース31a、31bからの流速は、〜5乃至15m/sである。
当業者は、所与の状況における要求に対して、これらの値を調整することができる。
図4には、CPWの実施例を概略的に示す。これは、本発明により調製されたサンプルの評価に使用される。より具体的には、これは、透過型の顕微鏡Mの実施例を示す。この場合、これは、TEM/STEMである(ただし、本発明では、これは、例えば、イオン系の顕微鏡であっても良い)。図において、真空覆いV内では、電子源2(ショットキーエミッタ等)により、電子のビーム(C)が形成され、これは、光電子照明器4を通り、試料S(これは、例えば、(局部的に)薄肉化/平坦化されても良い)の選択部分に誘導/焦点化される。この照明器4は、光電子軸C’を有し、通常、各種静電/磁気レンズ、(走査)偏光器D、補正器(スティグメータ)等を有する。通常、これは、凝集システムを有しても良い(部材4全体は、しばしば、「凝集システム」と称される)。
−TEMカメラ14。カメラ14の位置では、電子流束は、静止画像(または回折像)を形成し、これが制御器Eで処理され、例えばフラットパネルディスプレイのような表示装置(図示されていない)に表示される。不要な場合、カメラ14は、撤収/回収され(矢印14’で概略的に示されている)、軸C’から除かれる。
−STEMイメージャ(カメラ)16。イメージャ16からの出力は、ビームCの試料S上の(X,Y)走査位置の関数として記録され、X、Yの関数として、イメージャ16からの出力の「マップ」にあたる画像が構築される。イメージャ16は、カメラ14に存在する画素のマトリクスとは対照的に、例えば、直径が20mmの単一の画素を有しても良い。また、イメージャ16は、通常、カメラ14(例えば102画像/秒)よりも大きな取得速度(例えば106点/秒)を有する。また、不要な場合、イメージャ16は、撤収/回収されても良く(矢印16’で概略的に示されている)、軸C’から除かれる(ただし、例えばドーナツ状環状暗視野イメージャ16の場合、そのような撤収は、必要ではない。そのようなイメージャでは、イメージャが使用されない場合、中央孔により、ビームは通過することができる)。
−カメラ14またはイメージャ16を使用する結像法の代替法として、例えばEELSモジュール(EELS=電子エネルギー損失分光法)のような、分光機器18の使用が想定される。
部材14、16、18の順番/配置は、厳密なものではなく、多くの変更が可能であることに留意する必要がある。例えば、分光機器18は、結像システム8に一体化されても良い。
−冷却装置H’は、(例えば銅ロッドおよび/またはひもを介して)熱的に強固に接続されたデュワー/フラスコを有し、これには凍結剤が充填される。
−複合構造H+H’は、CPMMに挿入/CPMMから除去され、これにより、配置システムAの受容部によって、これが設置されクランプ留めされる。
33a、33b マウスピース
35 介在ギャップ
37a、37b 入口オリフィス
C 電子ビーム
C’ 軸
S サンプル
V 覆い
Claims (8)
- 荷電粒子顕微鏡における評価のためサンプルを調製する方法であって、
当該方法により、前記サンプルは、凍結剤を用いて急冷され、
当該方法は、
−極低温流体を輸送する2つの導管を提供するステップであって、前記導管の各々は、マウスピースまで開通しており、該マウスピースは、介在ギャップを介して相互に対面するように配置される、ステップと、
−前記サンプルを前記ギャップに設置するステップと、
−前記導管を介して極低温流体をくみ上げ、前記マウスピースから一斉に流出させ、これにより、2つの対向する側から前記サンプルを極低温流体に急速浸漬させるステップと、
を有する方法。 - 前記導管は、プランジャ内に配置され、各導管は、前記プランジャの下側に入口開口を有し、前記ギャップは、前記プランジャの上側にスロットとして提供され、
前記プランジャの下には極低温流体の浴が提供され、
前記サンプルは、前記プランジャに下向きの圧力を印加するツールを用いて、前記スロットに挿入され、これにより、プランジャの少なくとも一部が沈み、前記浴中の極低温流体は、前記入口開口に流れ、前記マウスピースを介して放出される、請求項1に記載の方法。 - 前記サンプルは、実質的に平坦であり、相互に対向配置された主表面を有し、
前記サンプルは、前記主表面が前記マウスピースと対面するように、前記ギャップに配置される、請求項1または2に記載の方法。 - 前記サンプルは、平坦グリッドを有する、請求項3に記載の方法。
- 前記極低温流体は、−160℃から−183℃の温度範囲の液体エタンを有する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。
- 荷電粒子顕微鏡における評価のためのサンプルを調製するための機器であって、
前記サンプルは、凍結剤を用いて急冷され、
−極低温流体を輸送する一組の導管であって、各々は、マウスピースまで開通しており、該マウスピースは、前記サンプルが配置される介在ギャップを介して相互に対面するように配置される、一組の導管と、
−前記導管を介して極低温流体をくみ上げ、前記マウスピースから一斉に流出させ、2つの対向する側から前記サンプルを極低温流体に急速浸漬させる、ポンプ機構と、
を有する機器。 - 前記導管は、プランジャ内に配置され、各導管は、前記プランジャの下側に入口開口を有し、前記ギャップは、前記プランジャの上側にスロットとして提供される、請求項6に記載の機器。
- 荷電粒子顕微鏡における、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法を用いて調製されたサンプルの使用であって、前記荷電粒子顕微鏡は、
前記サンプルを保持するサンプルホルダと、
少なくとも前記サンプルホルダにある間、前記サンプルを極低温に維持する冷却装置と、
荷電粒子のビームを形成するソース源と、
前記ビームが前記サンプルに照射されるように前記ビームを誘導する照明器と、
前記照射に応じて前記サンプルから放射される放射線の流束を検出する検出器と、
を有する、使用。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019105635A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-27 | エフ イー アイ カンパニFei Company | 荷電粒子顕微鏡等のための極低温サンプルの改良された調製 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP3477679A1 (en) | 2017-10-26 | 2019-05-01 | FEI Company | Improved cryogenic cell for mounting a specimen in a charged particle microscope |
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EP3531439B1 (en) | 2018-02-22 | 2020-06-24 | FEI Company | Intelligent pre-scan in scanning transmission charged particle microscopy |
EP3647763B1 (en) | 2018-10-29 | 2021-07-14 | FEI Company | A method of preparing a biological sample for study in an analysis device |
EP3696530B1 (en) | 2019-02-14 | 2024-07-31 | Nanosoft, LLC | Cryogenic transmission electron microscopy sample preparation |
US11703429B2 (en) | 2019-02-14 | 2023-07-18 | Nanosoft, LLC | Cryogenic transmission electron microscopy sample preparation |
NL2024445B1 (en) * | 2019-12-12 | 2021-09-01 | Delmic Ip B V | Method and manipulation device for handling samples |
EP4067860B1 (en) | 2021-03-31 | 2024-07-24 | FEI Company | Method of preparing a cryogenic sample with improved cooling characteristics |
NL2028288B1 (en) | 2021-05-26 | 2022-12-12 | Bormans Beheer B V | Method and apparatus for preparing samples under cryogenic conditions for imaging or diffraction experiments in an electron microscope |
EP4368963A1 (en) | 2022-11-08 | 2024-05-15 | Fei Company | Method of preparing a cryogenic sample with improved cooling characteristics |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07276143A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-24 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 透過型電子顕微鏡の薄膜試料作製用電解研磨装置 |
JP2011012061A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Leica Mikrosysteme Gmbh | 高圧凍結装置用の標本ホルダ |
JP2011508185A (ja) * | 2007-11-20 | 2011-03-10 | マックス プランク ゲゼルシャフト ツゥアー フェデルゥン デル ヴィッセンシャフテン エー フォー | 超急速冷凍装置及び超急速冷凍方法 |
US20120255313A1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-11 | Igor Katkov | Method And Scalable Devices For Hyper-Fast Cooling |
US20140069119A1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-13 | Cell Tronix | Method and Scalable Devices for Hyper-Fast Cooling and Warming |
JP2015068832A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | エフ イー アイ カンパニFei Company | 荷電粒子顕微鏡用の極低温試料の調製 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6987266B2 (en) * | 2001-04-23 | 2006-01-17 | The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services | Structure determination of materials using electron microscopy |
US7507533B2 (en) * | 2004-09-24 | 2009-03-24 | Vitrimark, Inc. | Systems and methods of identifying biomarkers for subsequent screening and monitoring of diseases |
EP1852888A1 (en) * | 2006-05-01 | 2007-11-07 | FEI Company | Particle-optical apparatus with temperature switch |
JP5250470B2 (ja) | 2009-04-22 | 2013-07-31 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 試料ホールダ,該試料ホールダの使用法、及び荷電粒子装置 |
EP2381236A1 (en) | 2010-04-23 | 2011-10-26 | Fei Company | Apparatus for preparing a cryogenic TEM specimen |
EP2557584A1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-02-13 | Fei Company | Charged-particle microscopy imaging method |
US8884248B2 (en) | 2012-02-13 | 2014-11-11 | Fei Company | Forming a vitrified sample for electron microscopy |
EP2626885A1 (en) * | 2012-02-13 | 2013-08-14 | FEI Company | Forming a vitrified sample for an electron microscopy |
EP2834614A4 (en) * | 2012-04-04 | 2015-11-18 | Nat Univ Singapore | KRYOPRÄPARATIONSSYSTEM AND METHOD FOR THE FAST IMMEDIATE GLACING OF BIOLOGICAL SAMPLES |
EP2775338A1 (en) | 2013-03-04 | 2014-09-10 | Fei Company | Method of studying a cryogenic sample in an optical microscope |
EP3062082B1 (en) | 2015-02-25 | 2018-04-18 | Fei Company | Preparation of sample for charged-particle microscopy |
-
2015
- 2015-12-11 EP EP18211873.7A patent/EP3486633B1/en active Active
- 2015-12-11 EP EP15199462.1A patent/EP3179229B1/en active Active
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07276143A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-24 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 透過型電子顕微鏡の薄膜試料作製用電解研磨装置 |
JP2011508185A (ja) * | 2007-11-20 | 2011-03-10 | マックス プランク ゲゼルシャフト ツゥアー フェデルゥン デル ヴィッセンシャフテン エー フォー | 超急速冷凍装置及び超急速冷凍方法 |
JP2011012061A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Leica Mikrosysteme Gmbh | 高圧凍結装置用の標本ホルダ |
US20120255313A1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-11 | Igor Katkov | Method And Scalable Devices For Hyper-Fast Cooling |
US20140069119A1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-13 | Cell Tronix | Method and Scalable Devices for Hyper-Fast Cooling and Warming |
JP2015068832A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | エフ イー アイ カンパニFei Company | 荷電粒子顕微鏡用の極低温試料の調製 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019105635A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-27 | エフ イー アイ カンパニFei Company | 荷電粒子顕微鏡等のための極低温サンプルの改良された調製 |
JP7273490B2 (ja) | 2017-12-08 | 2023-05-15 | エフ イー アイ カンパニ | 荷電粒子顕微鏡等のための極低温サンプルの改良された調製 |
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