JP4512183B2 - 電子線干渉装置 - Google Patents
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Description
(1)下段電子線バイプリズム→干渉領域幅WObjを定める。
(2)上段電子線バイプリズム→干渉縞間隔sObjを調整する。
という手順で独立操作が可能となる。さらに、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極9bが拡大レンズ33による電子源の像面35の位置に置かれている(Db−Lb=0)場合を考えてみると、この場合には式(3)により干渉縞間隔sObjは偏向角度αbに依存しない。すなわちこの光学条件では、干渉縞間隔sObjと干渉領域幅WObjに関して完全に独立なコントロールが可能となる。
図4A−図4Cは、2段のレンズ系で構成された対物レンズの効果を検証するための実験結果を示す図である。
上述の説明は、電子線バイプリズムのフィラメント電極に対する2段構成の対物レンズの効果について説明したが、本発明の2段構成の対物レンズは制限視野絞りにおいても大きな効果をもたらす。
(1)制限視野ホログラフィー
電子線ホログラフィーに於いては、従来型の1つの電子線バイプリズムを用いる場合であっても、2段バイプリズム光学系を用いる特願2004−004156の場合であっても、制限視野絞りと電子線バイプリズムとは光学系として同じ位置、または近傍に位置するため、併用(両方同時に使用する)することはほとんどできなかった。むしろ、制限視野絞りを改造して電子線バイプリズムとして供する場合など、共用できても併用することは不可能だった。本発明によれば、対物レンズが2段レンズ系から構成されるため、対物レンズ系の中間に試料の像面(例えば図2における像面63)が存在する。この面に制限視野絞りを配置すれば、電子線バイプリズムとは全く独立に取り扱うことが可能となり、両者の併用が可能となる。
通常極微領域電子線回折を行う場合には、電子線を絞り込み、所定の細い電子ビームにして試料のしかるべき部分に照射して、電子線回折像を得ている。このとき電子ビームは自ら収束ビームとなっているため、回折電子線は角度分布を持ち、回折像では各々の回折点が広がりを持った円像となってしまっている。また、通常の収束ビームは高電流密度となっているため、電子線照射による試料の局所加熱や試料破損、試料汚染など、通常の試料像観察で生じない新たな問題が発生することが多い。
通常の電子顕微鏡の拡大光学系の上部に本発明の2段構成の対物レンズを付加した構成の電子顕微鏡とする。図6は、2段対物レンズ51,52の下流に、3段の拡大光学系331−333と1段の投射レンズ34を配置し、都合4段の拡大系を備えた構成による電子顕微鏡の光学系を示す図である。また、図6では電子源1から放出される電子線の代表の軌跡と試料3の先端および根元位置で散乱される電子線の代表的な軌跡のみを示した。以下の図でも同じである。
電子線バイプリズムのフィラメント電極に対して、試料を強拡大する光学系を構成すると、得られる干渉縞間隔は、相対的に大変に細かな縞となる。ホログラフィーにて記録される縞間隔は、再生像の空間分解能を定めるため、原子レベルの高分解能ホログラフィー、結晶格子像ホログラフィーに於いては、試料像に対して原子サイズ以下の細かな縞を作成、記録することが重要となる。
本発明を発展・応用すれば、対物レンズが3段のレンズ系からなる光学系を考案することができる。この光学系の概略を図8に示す。この光学系では、レンズ数が増えたことによる、電子線バイプリズムのフィラメント電極、もしくは制限視野絞り孔との相対倍率の増大、最大到達倍率のさらなる増大だけでなく、レンズの追加による光学系構成自由度のさらなる増加が利用できる。すなわち、電子線バイプリズムのフィラメント電極、もしくは制限視野絞り孔との相対倍率を任意の状態に保ったまま、フィラメント電極と試料との相対角度をも、自由に扱えるようになる。試料、もしくはフィラメント電極、或いは制限視野絞りに回転機構が備わっていない場合でも、必要を十分に満たした実験が可能となる。
図9は、上段のバイプリズム、第3の中間バイプリズムおよび下段のバイプリズムを備えたホログラフィー顕微鏡の光学系の例について示す図である。図において図6と同じもの、または、同等の働きをするものには同じ参照符号を付した。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極9uは第2対物レンズ52による試料の像面64上に設け、中間電子線バイプリズムのフィラメント電極9iを第1拡大レンズ331の上部に設ける例である。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極9bは第1拡大レンズ331の作る光源の像面41上に設ける。試料像32は第1拡大レンズ331、さらに第2拡大レンズ332と順に拡大投影され、第3拡大レンズ333および投射レンズ34でさらに拡大されて、観察面11に最終拡大像を得る。
(8)時間コヒーレンスの観測
(9)高搬送空間周波数ホログラムの作成
(10)量子細線、量子ドットの作成
Claims (19)
- 電子線の光源と、
前記光源から放出される電子線を試料に照射するための照射光学系と、
前記電子線が照射する前記試料を保持するための試料保持装置と、
前記電子線の光軸上で前記試料の保持される位置よりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記試料の像を結像するための結像レンズ系と、
前記結像レンズ系の対物レンズにより結像される前記試料の像面位置であってかつ前記光軸と直交する平面内に配置された上段バイプリズムと、
前記結像レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記上段バイプリズムの前記光軸上の位置より前記電子線の進行方向下流側で前記上段バイプリズムの位置する平面と互いに平行な平面内に配置された下段バイプリズムと、
前記試料像を観察あるいは記録するための装置とを備え、
前記結像レンズ系の対物レンズが、各々独立して焦点距離が制御できる2段のレンズ系により構成され、
前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、前記光軸を含む電子光学系の同一平面内で前記電子線を偏向させることを特徴とする電子線干渉装置。 - 前記光軸に直交し、前記上段バイプリズムが位置する平面に、前記2段レンズ系により構成される前記対物レンズの各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項1に記載の電子線干渉装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記上段バイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置する1つあるいは複数の結像レンズの下流側で、該結像レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項1または請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記上段バイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置する1つあるいは複数の結像レンズの下流側で、該結像レンズの形成する光源の像面に位置する請求項1または請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記上段バイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置する1つあるいは複数の結像レンズの下流側で、該結像レンズと該結像レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項1または請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記上段バイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、作り出される前記電子線の電子光学系の前記光軸を含む同一平面内での偏向作用と同じ平面内で前記電子線に対する偏向作用を生じるように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記両バイプリズムとは独立に電圧が印加されて、前記両バイプリズムとは独立に前記電子線に偏向作用を生じさせる第3のバイプリズムを備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子線干渉装置。
- 前記上段のバイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、作り出される前記電子線の電子光学上の前記光軸を含む同一平面内での偏向作用と同じ平面内で前記電子線に対する偏向作用を生じるように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記両バイプリズムとは独立に電圧の印加が行なえることによって、独立に前記電子線に偏向作用を生じさせることが可能な第3のバイプリズムを備えるとともに、
前記電子線の偏向面と同じ平面内で前記電子線を偏向させるように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記3個のバイプリズムとは独立に電圧を印加することによって、独立に前記電子線に偏向作用を生じさせることが可能な第4のバイプリズムを備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子線干渉装置。 - 電子線の光源と、
前記光源から放出される電子線を試料に照射するための照射光学系と、
前記電子線が照射する前記試料を保持するための試料保持装置と、
前記電子線の光軸上で前記試料の保持される位置よりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記試料の像を結像するための結像レンズ系と、
前記結像レンズ系の対物レンズにより結像される前記試料の像面位置であってかつ前記光軸と直交する平面内に配置された上段バイプリズムと、
前記結像レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記上段バイプリズムの前記光軸上の位置より前記電子線の進行方向下流側で前記上段バイプリズムの位置する平面と互いに平行な平面内に配置された下段バイプリズムと、
前記試料像を観察あるいは記録するための装置とを備え、
前記結像レンズ系の対物レンズが、各々独立して焦点距離が制御できる3段以上の複数段のレンズ系により構成され、
前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、前記光軸を含む電子光学系の同一平面内で前記電子線を偏向させることを特徴とする電子線干渉装置。 - 前記上段のバイプリズムが位置する前記光軸に直交する平面に、前記複数段のレンズ系により構成される前記対物レンズの各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項8に記載の電子線干渉装置。
- 前記上段のバイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、作り出される前記電子線の電子光学上の前記光軸を含む同一平面内での偏向作用と同じ平面内で前記電子線に対する偏向作用を生じるように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記両バイプリズムとは独立に電圧の印加が行なえることによって、独立に前記電子線に偏向作用を生じさせることが可能な第3のバイプリズムを備えることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電子線干渉装置。
- 前記上段のバイプリズムよりも前記電子線の進行方向下流側に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、作り出される前記電子線の電子光学上の前記光軸を含む同一平面内での偏向作用と同じ平面内で前記電子線に対する偏向作用を生じるように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記両バイプリズムとは独立に電圧を印加することによって、独立に前記電子線に偏向作用を生じさせることが可能な第3のバイプリズムを備えるとともに、
前記電子線の偏向面と同じ平面内で前記電子線を偏向させ得るように前記光軸に直交する平面内に配置され、前記3個のバイプリズムとは独立に電圧の印加を行うことによって、独立に前記電子線に偏向作用を生じさせることが可能な第4のバイプリズムを備えることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電子線干渉装置。 - 前記2段の対物レンズの間に前記電子線の通過領域を制限できる孔を保持するとともに、該孔が前記光軸と直交する平面内、あるいは、前記光軸方向に移動することが可能な装置を備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の電子線干渉装置。
- 前記電子線の通過領域を制限できる前記孔が位置する前記光軸に直交する平面に、前記2段のレンズ系により構成される前記対物レンズの前記電子線の進行方向上流側のレンズが、前記試料の像を結像することを特徴とする請求項12に記載の電子線干渉装置。
- 前記3段以上の複数段のレンズ系により構成される対物レンズの前記光軸上であって、前記複数段のレンズ系の電子線の進行方向下流側に電子線の通過領域を制限できる孔を保持するとともに、該孔が前記光軸と直交する平面内、あるいは、前記光軸方向に移動することが可能な装置を備えることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれかに記載の電子線干渉装置。
- 前記電子線の通過領域を制限できる前記孔が位置する前記光軸に直交する平面に、前記複数段のレンズ系により構成される前記対物レンズによる前記試料の像を結像することを特徴とする請求項14に記載の電子線干渉装置。
- 前記電子線の通過領域を制限できる前記孔が位置する前記光軸に直交する平面に、前記複数段のレンズ系により構成される前記対物レンズの各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項14に記載の電子線干渉装置。
- 前記3段以上の複数段の対物レンズのレンズ系により構成され、前記電子線の進行方向に対して、光軸上前記複数段のレンズのいずれかの間に前記電子線の通過領域を制限できる孔を保持するとともに、前記孔が前記光軸と直交する平面内、あるいは、前記光軸方向に移動することが可能な装置を備えることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれかに記載の電子線干渉装置。
- 前記孔が位置する前記光軸に直交する前記平面より前記電子線の進行方向上流側に位置する1段あるいは複数段の前記対物レンズによって前記試料の像を前記孔が位置する前記光軸に直交する平面に結像することを特徴とする請求項17に記載の電子線干渉装置。
- 前記孔が位置する前記光軸に直交する前記平面より前記電子線の進行方向上流側に位置する1段あるいは複数段の前記対物レンズの各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を前記孔が位置する前記光軸に直交する平面に結像することを特徴とする請求項17記載の電子線干渉装置。
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