JPH0377619B2 - - Google Patents
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- JPH0377619B2 JPH0377619B2 JP57038013A JP3801382A JPH0377619B2 JP H0377619 B2 JPH0377619 B2 JP H0377619B2 JP 57038013 A JP57038013 A JP 57038013A JP 3801382 A JP3801382 A JP 3801382A JP H0377619 B2 JPH0377619 B2 JP H0377619B2
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- Japan
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- image
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- electron microscope
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- hologram
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- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 25
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 4
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- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
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- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H5/00—Holographic processes or apparatus using particles or using waves other than those covered by groups G03H1/00 or G03H3/00 for obtaining holograms; Processes or apparatus for obtaining an optical image from them
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/22—Treatment of data
- H01J2237/226—Image reconstruction
- H01J2237/228—Charged particle holography
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/2614—Holography or phase contrast, phase related imaging in general, e.g. phase plates
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子線ホログラフイ法により、検体試
料の立体構造や磁区構造などの位相情報が得られ
るホログラフイ電子顕微鏡に関するものである。
料の立体構造や磁区構造などの位相情報が得られ
るホログラフイ電子顕微鏡に関するものである。
最近、電界放射電子銃に代表された高輝度電子
銃の実用化により、電子顕微鏡の世界でも、光の
世界と同様にホログラフイが実現されるようにな
つた。この電子線ホログラフイは、電子顕微鏡鏡
体１の高輝度電子銃２から出た電子線２′を第１
図のように電子線プリズム４を用いて、検体試料
３を透過して試料の情報を含む試料電子線と、試
料の外側を通り、電子線位相の基準となる参照電
子線とに分け、これらを電子顕微鏡の結像面で干
渉させ電子線ホログラム像５を作るものである。
その結果電子顕微鏡の結像面には、従来の微細な
検体試料像に重畳して第２図に示すようなホログ
ラム像と称する縞模様が出現する。従来の検体試
料像６が２次元の試料の影絵であるのに対し、こ
の縞模様は、それに垂直な３次元的な情報を与え
ている。すなわち試料３の外側部のホログラム像
７は第２図のように周期がMλ／sinα（Ｍ：電子
顕微鏡倍率、λ：電子線波長、α：電子線傾斜
角）の直線状縞模様であるが、試料を透過した部
分のホログラム像は直線からずれている。このず
れは電子線が試料を通過する際に電子の位相が乱
されたために生じたもので、そのずれの量、ρ、
はたとえばその部分の試料厚さｔに比例する。し
たがつてホログラム像の中でずれの量が一定値の
部分をたどれば、試料の厚さ方向に関する等高線
図が得られ、電子顕微鏡のミクロな世界でも３次
元の立体的構造がわかる。
銃の実用化により、電子顕微鏡の世界でも、光の
世界と同様にホログラフイが実現されるようにな
つた。この電子線ホログラフイは、電子顕微鏡鏡
体１の高輝度電子銃２から出た電子線２′を第１
図のように電子線プリズム４を用いて、検体試料
３を透過して試料の情報を含む試料電子線と、試
料の外側を通り、電子線位相の基準となる参照電
子線とに分け、これらを電子顕微鏡の結像面で干
渉させ電子線ホログラム像５を作るものである。
その結果電子顕微鏡の結像面には、従来の微細な
検体試料像に重畳して第２図に示すようなホログ
ラム像と称する縞模様が出現する。従来の検体試
料像６が２次元の試料の影絵であるのに対し、こ
の縞模様は、それに垂直な３次元的な情報を与え
ている。すなわち試料３の外側部のホログラム像
７は第２図のように周期がMλ／sinα（Ｍ：電子
顕微鏡倍率、λ：電子線波長、α：電子線傾斜
角）の直線状縞模様であるが、試料を透過した部
分のホログラム像は直線からずれている。このず
れは電子線が試料を通過する際に電子の位相が乱
されたために生じたもので、そのずれの量、ρ、
はたとえばその部分の試料厚さｔに比例する。し
たがつてホログラム像の中でずれの量が一定値の
部分をたどれば、試料の厚さ方向に関する等高線
図が得られ、電子顕微鏡のミクロな世界でも３次
元の立体的構造がわかる。
従来のホログラフイ電子顕微鏡では、ホログラ
ム像が電子線で作られるため、上記の等高線図を
得るために極めて複雑な操作を行なつていた。す
なわち、まず、電子線ホログラム像を電子顕微鏡
の真空カメラ室で写真フイルムに記録し、電子顕
微鏡の外部にとり出す。この写真フイルムを暗室
の中で、現象・定着・乾燥し、光学的処理のでき
るホログラムフイルムを得る。次に、このフイル
ムをレーザ光源と光学レンズ、光学プリズムを使
つたホログラフイ画像再生装置にセツトする。レ
ーザ光の干渉条件を調節して等高線図をあらわす
ホログラム再生像を得る。したがつてこの一連の
操作には約１日以上の日数と、暗室操作やホログ
ラフイ画像再生装置の調節など、繁雑な手数が必
要であつた。特に等高線図を得るまでに時間のか
かる欠点は、たとえば、検体試料の３次元的な構
造変化をその場、その場で調べたい場合などには
致命的なものであつた。
ム像が電子線で作られるため、上記の等高線図を
得るために極めて複雑な操作を行なつていた。す
なわち、まず、電子線ホログラム像を電子顕微鏡
の真空カメラ室で写真フイルムに記録し、電子顕
微鏡の外部にとり出す。この写真フイルムを暗室
の中で、現象・定着・乾燥し、光学的処理のでき
るホログラムフイルムを得る。次に、このフイル
ムをレーザ光源と光学レンズ、光学プリズムを使
つたホログラフイ画像再生装置にセツトする。レ
ーザ光の干渉条件を調節して等高線図をあらわす
ホログラム再生像を得る。したがつてこの一連の
操作には約１日以上の日数と、暗室操作やホログ
ラフイ画像再生装置の調節など、繁雑な手数が必
要であつた。特に等高線図を得るまでに時間のか
かる欠点は、たとえば、検体試料の３次元的な構
造変化をその場、その場で調べたい場合などには
致命的なものであつた。
したがつて本発明の目的は、写真フイルムや光
学的ホログラフイ画像再生技術に頼ることなく、
即時に検体試料の等高線図を与えるホログラフイ
電子顕微鏡を提供することである。
学的ホログラフイ画像再生技術に頼ることなく、
即時に検体試料の等高線図を与えるホログラフイ
電子顕微鏡を提供することである。
上記の目的を達成するために本発明のホログラ
フイ電子顕微鏡では、まず、電子線ホログラム像
を蛍光板上に形成し、それをテレビカメラで撮像
する構成にした。次に、ホログラム縞のずれの量
が一定値の場所をたどるには、２つの微細な縞模
様を重ねた時に発生する長周期のモアレ縞が利用
できる事実に気がついた。すなわち、検体試料か
ら得たホログラム縞に、試料の外側に生じている
ホログラム縞と全く同じ方向の微細縞を作つて重
ねると、ずれの一定値の場所が、２つの縞模様の
交点としてあらわれ、人間の眼には等高線図を示
すモアレ縞として観察されるようになる。上記の
微細縞（以下基本縞と称する）は、いわば、ずれ
の量を規格化する基本定規に使われている。等高
線図を示すモアレ縞の発生する状況を第３図のご
とく図に描いてみると基本縞に必要な条件が理解
される。その条件は、試料外側部のホログラム縞
と、方向が全く同じで、周期が同じ、もしくは整
数分の１に小さいことである。第３図において実
線はホログラム縞を模型的に描いており、点線は
基本縞を描いている。その結果、２つの微細縞の
重なつた交点すなわち図で○，●，□印で夫々示
した部分は視覚的に線（モアレ線）として見え
る。
フイ電子顕微鏡では、まず、電子線ホログラム像
を蛍光板上に形成し、それをテレビカメラで撮像
する構成にした。次に、ホログラム縞のずれの量
が一定値の場所をたどるには、２つの微細な縞模
様を重ねた時に発生する長周期のモアレ縞が利用
できる事実に気がついた。すなわち、検体試料か
ら得たホログラム縞に、試料の外側に生じている
ホログラム縞と全く同じ方向の微細縞を作つて重
ねると、ずれの一定値の場所が、２つの縞模様の
交点としてあらわれ、人間の眼には等高線図を示
すモアレ縞として観察されるようになる。上記の
微細縞（以下基本縞と称する）は、いわば、ずれ
の量を規格化する基本定規に使われている。等高
線図を示すモアレ縞の発生する状況を第３図のご
とく図に描いてみると基本縞に必要な条件が理解
される。その条件は、試料外側部のホログラム縞
と、方向が全く同じで、周期が同じ、もしくは整
数分の１に小さいことである。第３図において実
線はホログラム縞を模型的に描いており、点線は
基本縞を描いている。その結果、２つの微細縞の
重なつた交点すなわち図で○，●，□印で夫々示
した部分は視覚的に線（モアレ線）として見え
る。
ホログラム像をテレビカメラで撮像し、それを
電気信号に変換しておけば、その画像に基本縞の
模様を電気的に重ねることは、画素の走査に同期
して信号掛算器やスイツチング回路を動作させる
ことにより可能である。また、基本縞模様はたと
えば正弦波発生回路を使うことにより電気的に作
ることができる。さらに、試料外側部のホログラ
ム縞は試料のない場合に発生するホログラム縞と
方向も周期を全く同じ縞模様なので、まず試料を
除いてホログラム縞をテレビカメラで撮像し、画
像記憶装置に記憶しておくとそれが利用できる。
電気信号に変換しておけば、その画像に基本縞の
模様を電気的に重ねることは、画素の走査に同期
して信号掛算器やスイツチング回路を動作させる
ことにより可能である。また、基本縞模様はたと
えば正弦波発生回路を使うことにより電気的に作
ることができる。さらに、試料外側部のホログラ
ム縞は試料のない場合に発生するホログラム縞と
方向も周期を全く同じ縞模様なので、まず試料を
除いてホログラム縞をテレビカメラで撮像し、画
像記憶装置に記憶しておくとそれが利用できる。
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
第４図は基本縞模様を発生するために、チヤー
ト紙１１に描いた基本縞を第２のテレビカメラ９
で撮像した場合の本発明の一実施例である。テレ
ビカメラ９の出力信号S2はしきい値弁別装置１２
によりあるしきい値と比較して大きければ“１”、
小さければ“０”の２値化信号C13を出力する。
第１のテレビカメラ８により電子顕微鏡の鏡体１
の窓を通して撮像したホログラム像信号S1とテレ
ビカメラ９で撮像し、２値化された信号C13とは
同期してスイツチング回路１３に入る。同期信号
発生器１４はテレビカメラ８，９、しきい値弁別
装置１２、スイツチング回路１３に対し、同期信
号S0を与え、同期をとる。スイツチング回路１３
は、C13＝１のとき、すなわち、基本縞の明部分
においてしきい値より大きくなつたときに、その
ホログラム像信号S1をそのまゝ通過してモニタ１
５に入れる。又、C13＝０となり基本縞の暗部分
がしきい値より小となつた場合には、対応するホ
ログラム像信号S1は零に変調されモニタ１５に入
れられる。基本縞の周期はテレビカメラ９に装着
したズームレンズ１０を調節し倍率を変えること
により任意に選べる。また基本縞の方向はテレビ
カメラ９か被写体のチヤート紙１１を回転するこ
とにより調節できる。
ト紙１１に描いた基本縞を第２のテレビカメラ９
で撮像した場合の本発明の一実施例である。テレ
ビカメラ９の出力信号S2はしきい値弁別装置１２
によりあるしきい値と比較して大きければ“１”、
小さければ“０”の２値化信号C13を出力する。
第１のテレビカメラ８により電子顕微鏡の鏡体１
の窓を通して撮像したホログラム像信号S1とテレ
ビカメラ９で撮像し、２値化された信号C13とは
同期してスイツチング回路１３に入る。同期信号
発生器１４はテレビカメラ８，９、しきい値弁別
装置１２、スイツチング回路１３に対し、同期信
号S0を与え、同期をとる。スイツチング回路１３
は、C13＝１のとき、すなわち、基本縞の明部分
においてしきい値より大きくなつたときに、その
ホログラム像信号S1をそのまゝ通過してモニタ１
５に入れる。又、C13＝０となり基本縞の暗部分
がしきい値より小となつた場合には、対応するホ
ログラム像信号S1は零に変調されモニタ１５に入
れられる。基本縞の周期はテレビカメラ９に装着
したズームレンズ１０を調節し倍率を変えること
により任意に選べる。また基本縞の方向はテレビ
カメラ９か被写体のチヤート紙１１を回転するこ
とにより調節できる。
第５図は本発明の他の実施例であり、基本縞模
様を発生するために、試料がない場合のホログラ
ム縞を利用している。まず、信号切換スイツチ２
０をＡ／Ｄ変換器１６側に倒した状態にしてお
き、ホログラム像の視野の中に検体試料が入らな
い様、試料を移動しそのホログラム像をテレビカ
メラ８で撮像して画像記憶装置１７に記憶する。
本実施例では、各画素信号を８ビツトのデジタル
信号に変えて記憶するフレーム・メモリが使われ
ている。次に実験者は検体試料を所定の位置に戻
し、信号切換スイツチ２０を、信号掛算器１９の
方にセツトして検体試料の像を観察する。モニタ
テレビ１５は画像記憶装置１７に記憶した基本縞
画像とテレビカメラ８で撮像した検体試料のホロ
グラム像とを信号掛算器１９で画素毎に掛算して
表示する。本実施例は、基本縞の撮像と、試料ホ
ログラム像の撮像とに全く同じテレビカメラ８を
使うので、テレビカメラ８や電子顕微鏡光学系な
どに画面ひずみの欠点があつてもモアレ縞の形成
時には補償されている。
様を発生するために、試料がない場合のホログラ
ム縞を利用している。まず、信号切換スイツチ２
０をＡ／Ｄ変換器１６側に倒した状態にしてお
き、ホログラム像の視野の中に検体試料が入らな
い様、試料を移動しそのホログラム像をテレビカ
メラ８で撮像して画像記憶装置１７に記憶する。
本実施例では、各画素信号を８ビツトのデジタル
信号に変えて記憶するフレーム・メモリが使われ
ている。次に実験者は検体試料を所定の位置に戻
し、信号切換スイツチ２０を、信号掛算器１９の
方にセツトして検体試料の像を観察する。モニタ
テレビ１５は画像記憶装置１７に記憶した基本縞
画像とテレビカメラ８で撮像した検体試料のホロ
グラム像とを信号掛算器１９で画素毎に掛算して
表示する。本実施例は、基本縞の撮像と、試料ホ
ログラム像の撮像とに全く同じテレビカメラ８を
使うので、テレビカメラ８や電子顕微鏡光学系な
どに画面ひずみの欠点があつてもモアレ縞の形成
時には補償されている。
また、この方法では基本縞と、試料外側部のホ
ログラム縞とが原理的に同一方向であるから、電
子顕微鏡の倍率変更時などに縞の方向が変つても
問題ない。さらに本発明のホログラフイ電子顕微
鏡における等高線図は従来の電子線ホログラフイ
法における等高線図と違つて、等高線図模様の他
に、基本縞の細かい縞模様があらわれるが、この
細かい縞模様は、等高線を示すモアレ縞と空間周
波数が全く異なるため計算機を使つた画像処理技
術で除去できる。
ログラム縞とが原理的に同一方向であるから、電
子顕微鏡の倍率変更時などに縞の方向が変つても
問題ない。さらに本発明のホログラフイ電子顕微
鏡における等高線図は従来の電子線ホログラフイ
法における等高線図と違つて、等高線図模様の他
に、基本縞の細かい縞模様があらわれるが、この
細かい縞模様は、等高線を示すモアレ縞と空間周
波数が全く異なるため計算機を使つた画像処理技
術で除去できる。
第１図は従来のホログラフイ電子顕微鏡の構成
図、第２図は電子線ホログラム像を斜め上から見
た図、第３図は本発明により描けた等高線付ホロ
グラム像、第４図は本発明のホログラフイ電子顕
微鏡の一実施例構成図、第５図は他の実施例構成
図である。 １……電子顕微鏡鏡体、２……電子銃、２′…
…電子線、３……検体試料、４……電子線プリズ
ム、５……電子線ホログラム像、６……検体試料
像、７……試料外側部のホログラム像、８……電
子線ホログラム像撮像用のテレビカメラ、９……
基本縞撮像用テレビカメラ、１０……ズームレン
ズ、１１……基本縞を描いたチヤート紙、１２…
…しきい値弁別装置、１３……スイツチング回
路、１４……同期信号発生器、１５……モニタテ
レビ、１６……Ａ／Ｄ変換器、１７……画像記憶
装置、１８……Ｄ／Ａ変換器、１９……信号掛算
器。
図、第２図は電子線ホログラム像を斜め上から見
た図、第３図は本発明により描けた等高線付ホロ
グラム像、第４図は本発明のホログラフイ電子顕
微鏡の一実施例構成図、第５図は他の実施例構成
図である。 １……電子顕微鏡鏡体、２……電子銃、２′…
…電子線、３……検体試料、４……電子線プリズ
ム、５……電子線ホログラム像、６……検体試料
像、７……試料外側部のホログラム像、８……電
子線ホログラム像撮像用のテレビカメラ、９……
基本縞撮像用テレビカメラ、１０……ズームレン
ズ、１１……基本縞を描いたチヤート紙、１２…
…しきい値弁別装置、１３……スイツチング回
路、１４……同期信号発生器、１５……モニタテ
レビ、１６……Ａ／Ｄ変換器、１７……画像記憶
装置、１８……Ｄ／Ａ変換器、１９……信号掛算
器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試料の電子線ホログラム像を得る電子顕微鏡
において、上記試料の電子線ホログラム像を撮像
して電気信号に変換する撮像手段と、上記試料の
電子線ホログラム像の外側に生じているホログラ
ム縞と方向が同じで、周期が同じもしくは整数分
の１に小さい縞画像信号を発生させる直線縞画像
発生装置と、上記撮像手段の出力と上記直線縞画
像発生装置の出力とを演算する演算手段と、上記
演算の結果を表示する表示手段を有することを特
徴とするホログラフイー電子顕微鏡。 ２ 上記撮像手段によつて試料を除去した状態で
の電子線ホログラム像を電気信号に変換し、該電
気信号を記憶装置に記憶して上記縞画像信号とし
て用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のホログラフイー電子顕微鏡。 ３ 上記直線縞画像発生装置は、上記縞画像信号
の周期を任意に設定することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のホログラフイー電子顕微
鏡。 ４ 上記直線縞画像発生装置は、縞模様を描いた
チヤート紙と、該チヤート紙を撮像して電気信号
に変換するズームレンズ付テレビカメラを有し、
該ズームレンズの倍率を変化させることで上記縞
画像信号の周期を任意に設定することを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載のホログラフイー電
子顕微鏡。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57038013A JPS58155636A (ja) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | ホログラフイ電子顕微鏡 |
| CA000420771A CA1204226A (en) | 1982-03-12 | 1983-02-02 | Electron holography microscope |
| EP83101275A EP0088890B1 (en) | 1982-03-12 | 1983-02-10 | Electron holography microscope |
| DE8383101275T DE3381664D1 (de) | 1982-03-12 | 1983-02-10 | Holographisches elektronenmikroskop. |
| US06/472,232 US4532422A (en) | 1982-03-12 | 1983-03-04 | Electron holography microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57038013A JPS58155636A (ja) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | ホログラフイ電子顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58155636A JPS58155636A (ja) | 1983-09-16 |
| JPH0377619B2 true JPH0377619B2 (ja) | 1991-12-11 |
Family
ID=12513688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57038013A Granted JPS58155636A (ja) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | ホログラフイ電子顕微鏡 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4532422A (ja) |
| EP (1) | EP0088890B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58155636A (ja) |
| CA (1) | CA1204226A (ja) |
| DE (1) | DE3381664D1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651154B2 (ja) * | 1987-09-04 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 電子線ホログラフィ装置 |
| US5192867A (en) * | 1989-01-13 | 1993-03-09 | Hitachi, Ltd. | Electron optical measurement apparatus |
| JP2776862B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1998-07-16 | 株式会社日立製作所 | 反射電子線ホログラフイー装置 |
| US5200618A (en) * | 1990-03-09 | 1993-04-06 | University Of Wisconsin - Milwaukee | Method and apparatus for atomic imaging |
| US5227630A (en) * | 1990-08-20 | 1993-07-13 | Board Of Regents Of The University Of Wisconsin System | Method and apparatus for imaging of an atomic environment |
| US5095207A (en) * | 1991-01-07 | 1992-03-10 | University Of Wisconsin - Milwaukee | Method of three-dimensional atomic imaging |
| US5517128A (en) * | 1993-01-05 | 1996-05-14 | Sentech Instruments Gmbh | Method and arrangement for charge carrier profiling in semiconductor structure by means of AFM scanning |
| JP2002117800A (ja) | 2000-10-05 | 2002-04-19 | Jeol Ltd | 電子線バイプリズム装置を備えた電子顕微鏡 |
| US7015469B2 (en) * | 2003-01-09 | 2006-03-21 | Jeol Usa, Inc. | Electron holography method |
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