JP6684705B2 - 圧縮走査型電子顕微鏡システムおよび動作方法 - Google Patents
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Description
合衆国政府は、Lawrence Livermore National Laboratoryの操業のため、アメリカ合衆国エネルギー省とLawrence Livermore National Security, LLCとの間で、契約番号DE−AC52−07NA27344に従い本発明の権利を有する。
(技術分野)
本開示は走査透過型電子顕微鏡(STEM)に関する。特に、補足時間の利用をより効率化して電子線がサンプルに到達することを効率化させるために、走査時において、ビーム強度、走査速度、または走査経路の急速な変化を伴う圧縮センシングを利用するSTEMシステムおよびその動作方法にも関する。
(背景技術)
本欄の記述は、本開示に関連する背景情報を提供しているだけに過ぎず、従来技術を考慮に入れていない場合がある。
(概要)
本開示の一様態は、走査透過型電子顕微鏡(STEM)システムに関する。該システムは、それぞれの走査が該走査の過程にわたって電子照度を変化させるように、サンプル全体の大部分にわたる複数の電子線走査を生成するように設計された電子線走査システムを使用してもよい。上記走査から、画像を形成するすべての利用可能な画素の内の、副次的な複数(subplurality)の画素の選択(または、より一般的には、任意の線形結合)のみから表現される上記画像を取得する信号取得システムが使用されてもよい。上記情報からデータセットが作り出されてもよい。従来のSTEM取得におけるそれぞれの画素により生成される情報を再現するために、上記データセットを数学的に解析するサブシステムが使用されてもよい。
(図面の簡単な説明)
ここで記載される図面は、図解の目的にのみ用いられ、決して本開示の範囲を制限するものと解釈されない。
(詳細な説明)
以下の記述は、実際には単なる実施例に過ぎず、本開示、適用例、もしくは使用例を制限すると解釈されない。全ての図面を通して、一致する部材番号は、同様、あるいは同一の部材および特徴を示すことが理解されるべきである。
図1に加えて、システム10の操作時にTEMカメラ30が用いられるならば、TEMカメラは、マスクによって選択されたサンプル位置の組と一致する回折パターンの重ね合せを記録する。サンプル位置の組は、TEMカメラ30が作り出せる画像を構成するように位置するすべての利用可能な画素の内の、予め選択された副次的な複数の画素または線形結合を表現する。EELS分光器32が用いられるならば、マスク(例えば、画像を構成するように位置するすべての利用可能な画素の内の、予め選択された副次的な複数の画素または線形結合)によって選択されたサンプル位置の組と一致するエネルギー損失スペクトルが取得される。そして、これは最適な、もしくは最適に近いマスクの組で繰り返される。例えば、今日の圧縮センシングの文献において報告されている実際の画像の、典型的な80から90%の圧縮率が与えられ、10万から20万のマスクのみからの再現では、100万画素のSTEM回折またはスペクトル画像を求めること、すなわち、5から10倍の取得時間、および/または総電子線露光の削減を要求することは非実際的である。
Claims (14)
- 走査透過型電子顕微鏡(STEM)システムであって、
電子照度の、異なる既知かつ任意の変化パターンに従ってなされた、それぞれの走査が該走査の過程にわたって前記電子照度を任意に変化させるような、サンプル全体の大部分にわたる複数の電子線走査を生成するように設計され、それぞれの上記電子照度の、異なる既知かつ任意の変化パターンが、上記サンプルにおける、上記電子照度の任意の変化によって生成された、任意に変化する、上記電子照度が暗い領域または明るい領域のパターンを形成することを補助する電子線走査システムと、
上記複数の電子線走査から、平行検出システムを用いて、上記電子線走査のそれぞれにおいて同時に取得した複数の信号を用いて、画像を形成するすべての使用可能な画素の位置の内、上記画像のそれぞれかつ全ての画素の位置からの情報ではなく、選択された副次的な複数(subplurality)の画素の位置または当該位置の線形結合の少なくとも一つからの情報のみを表現する上記画像を取得し、上記情報からデータセットを作り出す信号取得システムと、
従来のSTEM取得におけるそれぞれの画素により生成される実際の情報を予測するために、上記データセットを数学的に解析し、数学的モデルを用いた、上記データセットの数学的再現を実行するサブシステムとを備えることを特徴とする走査透過型電子顕微鏡システム。 - 上記電子照度を、それぞれの上記走査の過程にわたって無作為に変化させることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記電子線走査システムは、上記システムの電子銃に印加される電力を変化させることにより、上記電子照度の変化を作り出すように設計されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記電子線走査システムは、それぞれの上記走査の速度またはパターンの少なくとも一つを変化させることにより、上記電子照度の変化を作り出すように設計されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記信号取得システムは透過型電子顕微鏡(TEM)カメラを備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記信号取得システムは電子エネルギー損失分光計(EELS)を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記信号取得システムはエネルギー分散X線分光計(EDX分光計)を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記電子線走査システムは該電子線走査システムの電子銃に印加される電力出力を、それぞれの上記走査の過程にわたって変化させることで、電子照度の変化を供給するように制御されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 上記電子線走査システムはそれぞれの上記走査の速度またはパターンの少なくとも一方を、それぞれの上記走査の過程にわたって変化させることで、電子照度の変化を供給するように制御されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- ビーム変調器サブシステムは、電子銃に印加される電流出力または電圧出力の少なくとも一方を変化させることにより、電子照度の変化を生み出すことを補助する、高速ビーム変調器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 走査透過型電子顕微鏡(STEM)システムの動作方法であって、
それぞれの走査が該走査の過程にわたって電子照度を任意に変化させるように、サンプル全体の大部分にわたって走査される複数の電子線走査を行う工程と、
画像を形成するすべての使用可能な画素の位置の内、上記画像のそれぞれかつ全ての画素の位置ではなく、選択された副次的な複数(subplurality)の画素の位置または当該位置の線形結合の少なくとも一つのみに関連する、上記走査のそれぞれにおいて同時に取得した複数の情報の上記画像を取得し、上記情報からデータセットを作り出すために、平行検出システムを用いる工程と、
上記画像のそれぞれの画素により生成される実際の情報を予測するために、上記データセットを数学的に解析し、数学的モデルを用いた、上記データセットの数学的再現を実行する工程とを有することを特徴とする動作方法。 - 上記電子照度の上記走査の過程にわたっての変化は、上記電子線走査を供給する電子銃に動力を供給する電源の電力出力を変化させることによって達成されることを特徴とする請求項11に記載の動作方法。
- 上記電子照度の上記走査の過程にわたっての変化は、それぞれの電子線走査の速度またはパターンの少なくとも一方が、上記走査の過程にわたって変化することで、上記電子照度の変化を供給することを含むことを特徴とする請求項11に記載の動作方法。
- 上記電子照度を上記走査の過程にわたって無作為に変化させることを特徴とする請求項11に記載の動作方法。
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