TW202004820A - 高解析度電子能量分析儀 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種高解析度電子能量分析儀。在一項實施例中，該電子能量分析儀包含一靜電透鏡，該靜電透鏡經組態以：產生一能量分析場區；使由一電子源產生之一電子束之電子減速；及將該電子束之該等減速電子引導至該能量分析場區。在另一實施例中，該電子能量分析儀包含一電子偵測器，該電子偵測器經組態以接收傳遞通過該能量分析場區之一或多個電子。在另一實施例中，該電子偵測器經進一步組態以基於該一或多個所接收電子產生一或多個信號。

Description

高解析度電子能量分析儀
本發明大體上係關於電子源，且更特定言之係關於電子能量分析儀。
一電子束之能量擴散係電子束設備之領域中之一重要特性，此係因為色差嚴重影響軸上聚焦點大小及離軸偏轉點大小兩者。因而，能量擴散造成改良電子束設備之解析度之一瓶頸。特定言之，開發具有窄電子能量擴散(例如，約0.2 eV至約0.3 eV)及冷場發射(CFE)及碳奈米管(CNT)電子源之先進電子源對改良當前可用電子源之光學效能至關重要。
為特性化、定義及改良電子源，首先需要開發高解析度電子能量分析儀。為準確地量測低至約0.2 eV至0.3 eV之電子源能量擴散，一電子分析儀之能量解析度應為約0.02 eV至0.03 eV或電子源能量擴散之約百分之十。
當前可用電子能量分析儀利用亞微米大小之狹縫，以便達成約數十毫電子伏特(meV)之能量解析度。然而，製造及光學地對準亞微米狹縫係一非常困難且乏味之程序。此外，為改良使用狹縫之電子能量分析儀，將必須進一步減小狹縫之大小，藉此進一步複雜化電子能量分析儀之製造及對準。
因此，將期望提供克服上文識別之先前方法之缺點之一或多者之一系統及方法。
揭示一種高解析度電子能量分析儀。在一項實施例中，該電子能量分析儀包含一靜電透鏡，該靜電透鏡經組態以：產生一能量分析場區；使由一電子源產生之一電子束之電子減速；及將該電子束之該等減速電子引導至該能量分析場區。在另一實施例中，該電子能量分析儀包含一電子偵測器，該電子偵測器經組態以接收傳遞通過該能量分析場區之一或多個電子。在另一實施例中，該電子偵測器經進一步組態以基於該一或多個所接收電子產生一或多個信號。
揭示一種系統。在一項實施例中，該系統包含經組態以產生一電子束之一電子源。在另一實施例中，該系統包含經組態以接收該電子束之一磁透鏡。在另一實施例中，該系統包含一靜電透鏡。該靜電透鏡可經組態以：產生一能量分析場區；使該電子束之電子減速；及將該電子束之該等減速電子引導至該能量分析場區。在另一實施例中，該系統包含一電子偵測器，該電子偵測器經組態以接收傳遞通過該能量分析場區之一或多個電子，其中該電子偵測器經進一步組態以基於該一或多個所接收電子產生一或多個信號。
揭示一種分析電子能量之方法。在一項實施例中，該方法包含：使用一單電位靜電透鏡產生一能量分析場區；使由一電子源產生之一電子束之電子減速；將該電子束之該等電子引導至該單電位靜電透鏡之該能量分析場區；使用一電子偵測器接收傳遞通過該能量分析場區之電子；及使用該電子偵測器基於該等所接收電子產生一或多個信號。
應理解，前文概述及下列詳細描述兩者皆僅為例示性及說明性的且未必限制所主張之本發明。併入本說明書中且構成本說明書之一部分之附圖繪示本發明之實施例且與概述一起用於說明本發明之原理。
相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張指定Xinrong Jiang、Christopher Sears及Nikolai Chubun為發明人之2018年6月6日申請之標題為HIGH RESOLUTION ELECTRON ENERGY ANALYZER之美國臨時申請案第62/681,476號之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
已相對於特定實施例及其等之特定特徵特別展示及描述本發明。本文中闡述之實施例應被視為闡釋性而非限制性。一般技術者應易於明白，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下進行形式及細節之各種改變及修改。
現在將詳細參考附圖中繪示之所揭示標的物。
大體上參考圖1至圖12，根據本發明之一或多項實施例描述用於一高解析度電子能量分析儀之一系統及方法。
一電子束之能量擴散係電子束設備之領域中之一重要特性。為特性化、定義及改良電子源，首先需要開發可以高準確度及精度量測一電子束之能量擴散之高解析度電子能量分析儀。當前可用電子能量分析儀利用亞微米大小之狹縫，以便達成約數十毫電子伏特(meV)之能量解析度。然而，製造及光學地對準亞微米狹縫係一非常困難且乏味之程序。此外，為改良使用狹縫之電子能量分析儀，將必須進一步減小狹縫之大小，從而進一步複雜化電子能量分析儀之製造及對準。就此而言，本發明之實施例係關於克服上文識別之先前方法之缺點之一或多者。
本發明之實施例係關於一高解析度電子能量分析儀。更特定言之，本發明之實施例係關於具有約數十毫電子伏特(meV)之一能量解析度之一無狹縫電子能量分析儀。本發明之額外實施例係關於利用一靜電透鏡(例如，一單電位靜電透鏡)以便產生一能量分析場區之一電子能量分析儀。本文中預期，本發明之系統及方法可實現更準確且精確電子能量分析儀的製造，此接著繼而將實現當前可用電子源的改良。
圖1繪示一半球形電子能量分析儀100。半球形電子能量分析儀100可表示量測光電發射中產生之光電子動能所使用之一典型能量分析儀。就此而言，圖1中繪示之半球形電子能量分析儀100經提供為一先前能量分析儀系統之一實例，可與此比較本發明之系統及方法之優點。
半球形電子能量分析儀100可包含經組態以產生一電子束101之一電子源102。一透鏡子系統104經組態以將電子束101引導至由半徑R1 界定之一內半球106及由半徑R2 界定之一外半球108。半球形電子能量分析儀100可經組態以使用所施加電壓V1 及V2 在半球106、108內分散電子。具有變化能階之電子將對所施加電壓作出不同回應，藉此取決於電子之能階而在外半球108內分散電子。就此而言，半球形電子能量分析儀100內之分散取決於所施加電壓(例如，V1 及V2 )及入射電子之動能兩者。
具有能階E0 之電子可遵循沿一彎曲/半球形電子路徑之一中心軌跡且可透過安置於外半球108之一出射平面處之一狹縫110離開外半球106，其中可由電子偵測器112偵測電子。相反地，具有更高及更低能階(例如，E＞E0 及E＜E0 )之電子可藉由所施加電壓而從中心軌跡分散，使得電子被阻擋在外半球106之出射平面處且未由電子偵測器112偵測到。
圖2繪示一個雙維因濾光片單色器200。類似地，圖2中繪示之雙維因濾光片單色器200經提供為一先前能量分析儀系統之另一實例，可與此比較本發明之系統及方法之優點。
雙維因濾光片單色器200可包含經組態以產生一電子束201之一電子源202、一槍透鏡204、一第一維因濾光片206、一狹縫孔徑208、一第二維因濾光片210、一聚光透鏡212及一電子偵測器214。在操作期間，槍透鏡204經組態以將電子束201引導至第一維因濾光片206。接著，第一維因濾光片經組態以聚焦電子束201且選擇具有窄能量擴散之電子。接著，將由狹縫孔徑208阻擋選定能量擴散以外的全部電子，而選定能量擴散內之電子可傳遞通過狹縫孔徑208。就此而言，第一維因濾光片206可藉由減小電子源202之能量擴散而充當一能量過濾器。接著，第二維因濾光片可經組態以恢復電子束201，使得x-z平面中之射束輪廓等效於y-z平面中之射束輪廓，而在各自平面中不具有任何散焦。隨後，聚光透鏡212可經組態以將經恢復電子束引導至電子偵測器214，該電子偵測器214經組態以偵測電子且量測電子擴散。
一般言之，當前可用電子能量分析儀(例如，半球形電子能量分析儀100、雙維因濾光片單色器200及類似物)展現不足以準確/精確地量測先進電子源(諸如冷場發射(CFE)及碳奈米管(CNT)電子源)之能量擴散之能量過濾解析度。例如，CFE及/或CNT電子源之能量擴散可為約0.2 eV至0.3 eV。為準確地量測此等能量擴散，一電子能量分析儀之能量解析度必須係約0.02 eV至0.03 eV。換言之，由電子能量分析儀產生之任何誤差必須係待量測之電子能量擴散之≤10%。
為達成0.02 eV至0.03 eV之一電子能量分析儀解析度，半球形電子能量分析儀100及/或雙維因濾光片單色器之狹縫(例如，狹縫110、狹縫孔徑208)之大小將必須係約0.1微米。然而，精確地製造約0.1微米之狹縫係極其困難的。此外，準確地對準此等小狹縫係非常不切實際的，且非常難以在一電子光學系統中實施。就此而言，本發明之一些實施例係關於用於一無狹縫(或無孔徑)電子能量分析儀之一系統及方法。藉由免除對精確地製造亞微米狹縫/孔徑的需要，本文中預期，本發明之無狹縫電子能量分析儀可經組態以達成約數十毫電子伏特之一能量解析度。
圖3繪示根據本發明之一或多項實施例之一電子光學系統300之一簡化方塊圖。電子光學系統300可包含(但不限於)經組態以產生一電子束101之一電子源302及一能量分析儀305。能量分析儀305可包含一或多個能量分析儀元件304及一電子偵測器306。
在一項實施例中，電子源302經組態以產生一電子束301，且沿一光學軸303 (由z軸表示)引導電子束301。在另一實施例中，一或多個能量分析儀元件304經組態以分散電子束301之電子，使得電子偵測器306可偵測經分散電子，且藉此判定電子源302及/或電子束301之一電子能量擴散。
圖4A繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子源302之能量擴散之一圖表400。
在一項實施例中，圖表400可繪示圖3中描繪之電子源302之能量擴散。一電子源302之能量擴散經描繪為∆Es 。本文中應注意，可以數種不同方式定義能量擴散(例如，電子源能量擴散∆Es )，包含(但不限於) 20-80%方法、半峰全寬(FWHM)方法及類似物。然而，為本發明之目的，對「能量擴散」之參考將被視為20-80%能量擴散量測。例如，如圖4A中展示，電子源能量擴散∆Es 可被定義為20-80%電流上升量測，其經展示為百分之二十電子與百分之八十之電子之間的能量差。就此而言，電子源電流上升量測可被定義為電子能量Ns (E)之一函數。然而，應進一步注意，在不脫離本發明之精神及範疇之情況下可以此項技術中已知的任何方式定義能量擴散。
圖4B繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子分析儀之能量擴散之一圖表402。
在一項實施例中，圖表402可繪示能量分析儀305之一或多個能量分析儀元件304之能量解析度。如本文中先前提及，為能夠使用一能量分析儀305精確地量測電子源能量擴散(∆Es )，能量分析儀305本身(包含能量分析儀元件304)必須具有一足夠高能量解析度。可從如圖4B中展示之一δ回應函數Na (E)量測一能量分析儀305之能量解析度。δ回應函數係由一電子記錄器/偵測器(例如，電子偵測器306)對一單色電子源302進行之能量分析儀305 (例如，一或多個能量分析儀元件304)之一電子電流上升量測。一單色電子源可在數學上被稱為一δ函數或δ(∆E)，其中∆E→0。
當使用能量分析儀305來量測具有一能量擴散∆Es 之一多色電子源時(如圖3中展示)，電子偵測器306可收集總電子電流上升Ntot (E)，如圖4C中展示。
圖4C繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子分析儀系統300之總能量擴散之一圖表404。
特定言之，圖4C繪示由電子偵測器306收集之總電子電流上升N(tot) (E)。總電子電流上升函數
Figure 02_image001
可被描述為電子源能量函數Ns (E)與δ回應函數Na (E)之一卷積，使得Ntot (E)=Ns (E)*Na (E)。根據卷積定理，總回應函數Ntot (E)中之能量擴散∆Etot 大於卷積函數中之較大者 (例如，∆Etot ＞∆Es ，且∆Etot ＞∆Ea )。此可藉由比較圖4C與圖4A及圖4B而清晰可見，其中∆Etot 大於∆Es 及/或∆Ea 。
因此，能量分析儀305之能量解析度應足夠高，以便準確/精確地量測電子源302之能量擴散。更特定言之，如本文中先前提及，電子分析儀305之能量解析度應為電子源302能量擴散之約百分之十(例如，∆Es ≤0.1*∆Es )。藉由實例，針對具有∆Es ≈0.2-0.3 eV之一能量擴散之一CFE及/或CNT電子源，能量分析儀305之解析度必須係∆Ea ≈0.02-0.03 eV。
本文中應注意，由一電子源302產生之一電子束301內之電子通常在電子光學柱內加速，使得電子展現約千電子伏特(keV)之能階。為精確地量測具有低至約毫電子伏特(meV)之keV能量之此等電子之電子能量擴散，必須首先使電子光學柱內之電子減速。就此而言，本發明之實施例係關於藉由將由一電子源302發射之電子延遲至實質上等效於電子之初始發射能階(即，電子在從電子源302發射時的能階)之能階而使電子減速。在使電子減速使得可準確地判定電子能量擴散之後，隨後可使電子加速以便收集用於能量分析。
圖5繪示根據本發明之一或多項實施例之包含一電子能量分析儀305之一系統500。系統500可包含(但不限於)一電子源302、一電子分析儀305 (包含一或多個電子分析儀元件304及一電子偵測器306)及一控制器308。
在一項實施例中，電子源302經組態以產生一電子束301。電子源302可包含此項技術中已知的任何電子源，包含(但不限於)一冷場發射(CFE)電子源、一熱場發射(TFE)電子源、一碳奈米管(CNT)電子源、一光電陰極電子源及類似物。例如，在TFE電子源之情況中，電子源302可包含一電子發射尖端316、一抑制器318及一提取器320。
電子分析儀305之一或多個電子分析儀元件304可包含(但不限於)一電子光學元件322、一孔徑324、一磁透鏡326及一靜電透鏡332 (例如，一單電位靜電透鏡332)。在一項實施例中，電子光學元件322經組態以使電子束301之電子加速。電子光學元件322可包含經組態以使電子加速之此項技術中已知的任何電子光學元件，包含(但不限於)一陽極322。在另一實施例中，一孔徑324可經組態以調整電子束301之一或多個特性。例如，孔徑324可包含經組態以調整電子束301之大小及/或形狀之一射束限制孔徑。例如，孔徑324可經組態以調整電子束301之輪廓，以便維持電子束301之電子射線305之間的一適當半射束角α。藉由另一實例，孔徑324可經組態以選擇電子束301之射束電流。例如，孔徑324經組態以提供足夠射束電流以在藉由電子分析儀305執行電子擴散分析時實現足夠信雜比(SNR)。此外，孔徑324可經組態以選擇電子束301之射束電流，以便限制電子束301之電子之間的庫侖(Coulomb)相互作用。
在另一實施例中，電子分析儀305之一或多個電子分析元件304包含一磁透鏡326。磁透鏡326可包含此項技術中已知的任何磁透鏡。例如，如圖5中展示，磁透鏡326可包含一或多個線圈328及一或多個極片330。在一項實施例中，磁透鏡326經組態以將電子束301聚焦至第一電子束交叉307 (Zc1 )。磁透鏡326可經組態以聚焦電子束301，使得最小化第一電子束交叉307 (Zc1 )之大小。藉由減小或最小化第一電子束交叉307 (Zc1 )之大小，磁透鏡348可改良一靜電透鏡332之影像解析度。在另一實施例中，磁透鏡326經組態以藉由調整一或多個線圈328 (例如，磁透鏡326)之磁激發而最佳化一第二電子束交叉(Zc2 ) (圖4中未展示)下之一半射束角(例如，半射束角330 α)。
在另一實施例中，系統500包含一靜電透鏡332。在一項實施例中，靜電透鏡332包含一單電位靜電透鏡332。單電位靜電透鏡332可包含此項技術中已知的任何單電位靜電透鏡，包含(但不限於)一單透鏡。在一項實施例中，單電位靜電透鏡332可包含(但不限於)一第一接地電極334、一負電位電極336及一第二接地電極338。單電位靜電透鏡332可經配置，使得負電位電極336「夾置」於第一接地電極334與第二接地電極338之間，如圖4中展示。在另一實施例中，負電位電極被施加一工作電壓Vw 。
在一項實施例中，單電位靜電透鏡332經組態以產生一能量分析場區344。在另一實施例中，單電位靜電透鏡332經組態以將電子束301之電子引導通過單電位靜電透鏡332之能量分析場區344，使得可判定電子束301及/或電子源302之電子能量擴散。此將在本文中關於圖6A至圖6C進一步詳細論述。
在另一實施例中，系統500及能量分析儀305包含一電子偵測器306。在一項實施例中，電子偵測器306經組態以偵測/記錄傳遞通過單電位靜電透鏡332之能量分析場區344之電子束301之電子。就此而言，電子偵測器306可包含此項技術中已知的任何電子偵測器及/或電子記錄器。例如，電子偵測器306可包含一法拉第(Faraday)杯。藉由另一實例，電子偵測器306可包含一微通道板(MCP)、一PIN或p-n接面偵測器陣列，諸如(但不限於)一二極體陣列或突崩光電二極體(APD)、一高速閃爍器/PMT偵測器及類似物。在一項實施例中，如圖5中展示，從電子源302至電子偵測器306之電子路徑係實質上線性的。本文中預期，系統500之線性電子路徑可提供優於圖1中描繪之彎曲電子路徑之數種優點，包含(但不限於)減少光學誤差源、改良光學對準及類似物。
在另一實施例中，電子偵測器306經組態以回應於所偵測電子而產生一或多個信號。接著，電子偵測器306可經組態以將一或多個信號傳輸至一控制器308。就此而言，系統500可包含一控制器308，該控制器308包含一或多個處理器310及一記憶體312。控制器308可通信地耦合至電子偵測器306。此外，本文中預期，控制器308可通信地耦合至系統之任何組件或子系統，包含(但不限於)電子源302、磁透鏡326、單電位靜電透鏡332及類似物。
在一項實施例中，控制器308包含一或多個處理器310及記憶體312。在另一實施例中，一或多個處理器310可經組態以執行儲存於記憶體312中之一程式指令集，其中程式指令集經組態以導致一或多個處理器310實行本發明之步驟。例如，一或多個處理器310可經組態以從電子偵測器306接收一或多個信號，且基於一或多個信號判定電子束301及/或電子源302之電子能量擴散。藉由另一實例，控制器308可經組態以產生經組態以調整系統500之一或多個組件之一或多個信號。例如，控制器308可經組態以調整電子源302之一或多個特性、磁透鏡326之一或多個特性、單電位靜電透鏡332之一或多個特性及類似物。
本文中應注意，系統500之一或多個組件可以此項技術中已知的任何方式通信地耦合至系統500之各種其他組件。例如，一或多個處理器310可經由一有線(例如，銅線、光纖電纜及類似物)或無線連接(例如，RF耦合、IR耦合、資料網路通信(例如，WiFi、WiMax、藍芽及類似物))通信地耦合至彼此及其他組件。
在一項實施例中，一或多個處理器310包含此項技術中已知的任何一或多個處理元件。在此意義上，一或多個處理器310可包含經組態以執行軟體演算法及/或指令之任何微處理器型裝置。在一項實施例中，一或多個處理器310可由一桌上型電腦、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或經組態以執行經組態以操作系統500之一程式之其他電腦系統(例如，網路電腦)構成，如貫穿本發明描述。應認知，可藉由一單一電腦系統或(替代地)多個電腦系統實行貫穿本發明描述之步驟。此外，應認知，可藉由一或多個處理器310之任何一或多者實行貫穿本發明描述之步驟。一般言之，術語「處理器」可經廣泛定義以涵蓋具有執行來自記憶體312之程式指令之一或多個處理元件之任何裝置。再者，系統500之不同子系統(例如，電子源302、磁透鏡326、單電位靜電透鏡332、電子偵測器306、控制器308及類似物)可包含適於實行貫穿本發明描述之步驟之至少一部分之處理器或邏輯元件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制而僅為一圖解。
記憶體312可包含適於儲存可藉由相關聯一或多個處理器310執行之程式指令及從系統500之組件接收之資料之此項技術中已知的任何儲存媒體。例如，記憶體312可包含一非暫時性記憶體媒體。例如，記憶體312可包含(但不限於)一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一磁性或光學記憶體裝置(例如，光碟)、一磁帶、一固態硬碟及類似物。在另一實施例中，記憶體312經組態以儲存資料，包含(但不限於)與從電子偵測器306接收之電子擴散能量相關聯之資料。應進一步注意，記憶體312可與一或多個處理器310容置於一共同控制器外殼中。在一替代實施例中，記憶體312可相對於處理器310、控制器308及類似物之實體位置而遠端地定位。在另一實施例中，記憶體312維持用於導致一或多個處理器310實行透過本發明描述之各種步驟之程式指令。
在一項實施例中，一使用者介面314通信地耦合至控制器308。在一項實施例中，使用者介面314可包含(但不限於)一或多個桌上型電腦、平板電腦、智慧型電話、智慧型手錶或類似物。在另一實施例中，使用者介面314包含用於將系統500之資料顯示給一使用者之一顯示器。使用者介面314之顯示器可包含此項技術中已知的任何顯示器。例如，顯示器可包含(但不限於)液晶顯示器(LCD)、基於有機發光二極體(OLED)之顯示器或CRT顯示器。熟習此項技術者應認知，能夠與一使用者介面119整合之任何顯示裝置適於在本發明中實施。在另一實施例中，一使用者可經由使用者介面314回應於顯示給使用者之資料而輸入選擇及/或指令。
圖6A繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡332之等位線309。
在一項實施例中，單電位靜電透鏡332可包含此項技術中已知的任何單電位靜電透鏡，包含(但不限於)一單透鏡。在一項實施例中，單電位靜電透鏡332可包含(但不限於)一第一接地電極334、一負電位電極336及一第二接地電極338。單電位靜電透鏡332可經配置，使得負電位電極336「夾置」於第一接地電極334與第二接地電極338之間，如圖6A中展示。在另一實施例中，負電位電極被施加一工作電壓Vw 。
本文中應注意，單電位靜電透鏡(例如，單電位靜電透鏡332)可經組態以使電子減速且隨後使其等加速。例如，使用圖6A中之等位線309繪示之單電位靜電透鏡332之靜電場可劃分為四個單獨區，標記為A1、A2、B1及B2。由所施加工作電壓Vw 產生之電力(例如，EA1z 、EA2z 、EB2z 、EB1z )可導致單電位靜電透鏡332內之特性減速區(例如，A1及A2)及加速區(例如，B2及B1)。就此而言，區A1及A2內之電力(例如，EA1z 、EA2z )可作用以使被引導通過單電位靜電透鏡332之電子減速，而區B1及B2內之電力(例如，EB1z 、 EB2z )可作用以使被引導通過單電位靜電透鏡332之電子加速。因此，單電位靜電透鏡332可經組態以首先使一電子束301之電子減速，接著使電子束301之電子加速。
在另一實施例中，單電位靜電透鏡332之各種區內之電力可引起變化聚焦/散焦效應，使得區A1可被稱為散焦區340a，區A2可被稱為聚焦區342a，區B2可被稱為聚焦區342b，且區B1可被稱為散焦區340b。實務上，四個單獨區可被視為四個單獨透鏡，如本文中將關於圖6B進一步詳細描述。
圖6B繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡332之等效電子透鏡。
將大體上參考圖6A及圖6B兩者。在一項實施例中，單電位靜電透鏡332之四個單獨區(例如，A1、A2、B1及B2)有效地產生四個等效電子透鏡，標記為LA1 (散焦透鏡341a)、LA2 (聚焦透鏡343a)、LB2 (聚焦透鏡343b)及LB1 (散焦透鏡341a)。歸因於電力EA1z 、EA2z 之減速效應，電子可比通過A2區更快地行進通過A1區(且展現更高能量)。就此而言，電子與其等由散焦透鏡341a (LA1)散焦相比可更多地由聚焦透鏡343a (LA2)聚焦。因此，A1-A2區內之總等效效應係一聚焦效應，使得LA1及LA2透鏡之一等效透鏡係一聚焦透鏡。為此等相同原因，電力EB1z 、EB2z 之加速效應導致電子比通過B2區更快地行進通過B1區(且展現更高能量)。就此而言，電子與其等由散焦透鏡341b (LB1)散焦相比可更多地由聚焦透鏡343b (LB2)聚焦。因此，B1-B2區內之總等效效應亦為一聚焦效應，使得LB2及LB1透鏡之一等效透鏡係一聚焦透鏡。
圖7A繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡332內之等位線309及一能量分析場區344之細分。
圖6A中繪示之單電位靜電透鏡332之等位線309可用細分線342a、342b細分，如圖7A中展示。在另一實施例中，如本文中先前提及，單電位靜電透鏡332經組態以產生一能量分析場區344。例如，如圖7A中展示，可接近於負電位電極336產生能量分析場區344。更特定言之，可接近於第一細分線342a與第二細分線342b之交叉點產生能量分析場區344。如本文中先前提及，A1-A2區作用以使電子減速，而B2-B1區用於使電子加速。就此而言，被引導通過單電位靜電透鏡332之電子可在區A1-A2內減速，使得電子之能量在能量分析場區344內減少。在傳遞通過能量分析場區344之後，電子隨後可在B2-B1區內加速。本發明之實施例係關於分析能量分析場區344內之電子能量擴散。本文中預期，使電子減速進入能量分析場區344中可容許本發明之系統及方法以高準確度/解析度判定能量擴散。
圖7B繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡332內之一能量分析場區344之一放大視圖。
可由複數個等位線309繪示由單電位靜電透鏡332之所施加工作電壓Vw 產生之靜電場。例如，如圖7B中展示，可由分別由V、V-∆V、V-2ΔV、V+∆V及V+2∆V指示之等位線309繪示靜電場。在實施例中，電位V係工作電壓Vw 之一函數，如由單電位靜電透鏡332之幾何形狀判定。給定一Vw ，等位線309V及/或V分佈可隨單電位靜電透鏡332之幾何形狀(諸如電極之孔大小、電極之間的距離及類似物)而變化。在另一實施例中，電位V大於工作電壓Vw 。例如，其中一負電位電極336被施加一工作電壓Vw =-6,200V，電位可為V=-6,000V。本文中預期，可藉由電子能量分析儀305針對高達6,000V之一射束電壓中之電子分析一電子源302/電子束301之能量擴散。
在一項實施例中，圖7B中描繪之值∆V(例如，-∆V、V-2ΔV、V+∆V及V+2∆V)包含能量分析儀305之能量分析解析度。在實施例中，可以數十毫電子伏特(meV)量測能量分析儀305之能量分析解析度，使得∆V=0.01 eV至0.1 eV。在另一實施例中，能量分析場區344可被定義為由V及V+∆V指示之等位線309內之區。可由一最小徑向直徑346 (D)定義能量分析場區344之大小。透過許多研究及電腦模擬，已發現，針對∆V=0.02 eV至0.03 eV之一能量分析解析度，能量分析場區344之直徑346 (D)係約1微米至2微米(例如，D=1微米至2微米)。就此而言，本文中預期，若一電子束301之電子被減速且聚焦至具有一直徑346 D=1微米至2微米之一能量分析場區344中，則可達成具有高解析度之一能量分析儀305。
圖8繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡332之一示意圖。
在一項實施例中，一電子源302經組態以產生包含複數個電子射線305a至305c之一電子束301。在另一實施例中，電子源302經組態以將電子射線305a至305c引導至一第一電子束交叉307 (Zc1 )。因此，第一電子束交叉307 (Zc1 )可被視為電子源302之一影像平面。在另一實施例中，一聚焦透鏡326經組態以接收及聚焦電子束301之電子射線305a、305b、305c。聚焦透鏡326 (圖8中指示為聚焦透鏡LA)可包含透鏡LA1及LA2之一等效組合透鏡，如圖6B中展示。就此而言，聚焦透鏡326可被視為聚焦及減速/延遲區A1及A2，如圖6A中展示。
在另一實施例中，聚焦透鏡326 (例如，區A1-A2)經組態以將電子射線305a至305c聚焦至一第二電子束交叉311 (Zc2 )。第二電子束交叉311 (Zc2 )可安置於等位線309 V+∆V之「前面」。例如，如圖8中展示，第二電子交叉311 (Zc2 )可安置於等位線309 V+∆V與第一電子交叉311 (Zc1 )之間。就此而言，第二電子交叉311 (Zc2 )可安置於能量分析場區344與第一電子交叉307 (Zc1 )之間。第二電子束交叉311 (Zc2 )處之一最大半射束角330可被定義為α。歸因於電子束301之電子由單電位靜電透鏡332 (例如，聚焦透鏡326)減速之事實，能量分析場區344內可不形成第二電子束交叉311 (Zc2 )。藉由在能量分析場區344之正「前面」形成第二電子束交叉311 (Zc2 )，如圖8中展示，可最佳化能量分析解析度。
如本文中先前提及，本發明之能量分析儀305可實現約數十毫電子伏特(meV)之一能量分析解析度。本文中應進一步注意，能量分析儀305之解析度可至少部分取決於電子束301之操縱及特性，如圖8中展示。例如，在一些實施例中，可調整工作電壓Vw ，使得單電位靜電透鏡332經組態以使電子束301之電子減速/延遲至等效(或實質上等效)於電子之(若干)初始發射能階(即，電子在從電子源302發射時的能階)之(若干)能階。就此而言，進入能量分析場區344之電子可展現等效(或實質上等效)於電子源302之初始發射能階之能階。藉由另一實例，在一些實施例中，聚焦透鏡326及/或電子源302可經調整/組態以聚焦電子束301，使得第二電子束交叉311 (Zc2 )之大小(例如，直徑、半徑及類似物)小於能量分析場區344之大小(例如，Zc2 大小＜D)。在另一實施例中，藉由調整第一電子交叉307 (Zc1 )之大小及/或位置而調整第二電子束交叉 311 (Zc2 )之大小。
藉由另一實例，在一些實施例中，可藉由聚焦電子束301 (例如，複數個電子射線305a至305c)，使得電子射線305a至305c之路徑正交(或實質上正交)於V+∆V之等位線309而改良能量分析儀305之解析度。例如，磁透鏡326可經組態以調整一或多個線圈328之磁激發，使得電子射線305之路徑/方向儘可能緊密地平行於V+∆V之等位線309之法線方向。藉由另一實例，此可藉由調整磁透鏡326之一或多個線圈328之磁激發以便調整第一電子交叉307 (Zc1 )之大小及/或位置而實行。已發現，未正交於V+∆V之等位線309之電子射線305a至305c之電子路徑導致能量分析儀305之電子擴散解析度之有限損失。例如，可預期電子射線305之路徑與正交於V+∆V之等位線309之一線之間的一入射角10°(例如，偏離該正交線10°)以導致一1.5%能量解析度損失。此能量解析度損失可歸因於餘弦定律中之法線方向上之電子速度投影。就此而言，藉由引導複數個電子射線305a至305c，使得電子射線305a至305c之路徑儘可能正交於V+∆V之等位線309，可減少能量解析度損失。
在另一實施例中，在使電子減速/延遲至其等初始能階之後，單電位靜電透鏡332經組態以基於各自電子之初始能階分離傳遞通過單電位靜電透鏡332之電子。例如，如圖8中展示，具有大於∆V之初始能量之電子(例如，電子313a、313b、313c)傳遞通過能量分析場區344，且具有小於∆V之初始能量之電子(例如，電子315a、315b)可從能量分析場區344排斥。接著，可由電子偵測器306偵測/記錄傳遞通過能量分析場區344之電子(例如，電子313a至313c)。
圖9繪示根據本發明之一或多項實施例之包含一電子能量分析儀之一系統。本文中應注意，關於圖5中描繪之系統500之任何論述可被視為適用於圖9中描繪之系統900，除非本文中另有提及。相反地，關於圖9中描繪之系統900之任何論述可被視為適用於圖5中描繪之系統500，除非本文中另有提及。
在一些實施例中，系統900可進一步包含一孔徑350。例如，如圖9中展示，一孔徑350可沿第一電子束交叉307 (Zc1 )與能量分析場區344之間的電子束301路徑安置。在另一實施例中，孔徑350之大小可為約數十微米。本文中應注意，孔徑350可經組態以選擇電子束301之射束電流，以便限制電子束301之電子之間的庫侖相互作用。另外，當使用系統900執行能量擴散分析時，孔徑350可幫助減少電子雜訊。例如，若進入至能量分析場區344中之射束電流過高，則電子之間的庫侖相互作用可產生非預期能量擴散。相反地，若進入至能量分析場區344中之射束電流過低，則由電子偵測器306收集之信號可具有雜訊。就此而言，藉由選擇電子束301之射束電流，孔徑350可進一步改良系統900之準確度及效率。
在另一實施例中，孔徑350可安置於一孔徑桿352之端部處。孔徑桿352可耦合至一孔徑桿驅動器354，該孔徑桿驅動器354經組態以致動孔徑桿352且選擇一最佳化孔徑大小。就此而言，孔徑桿驅動器354可通信地耦合至控制器308，其中控制器308經組態以導致孔徑桿驅動器354致動孔徑桿352及孔徑350。
在另一實施例中，單電位靜電透鏡332可包含一夾置電極，該夾置電極包含一導電薄圓盤。例如，如圖9中展示，單電位靜電透鏡332可包含被施加工作電壓Vw 之一薄圓盤356，如本文中先前描述。在一些實施例中，薄圓盤356可包含具有約數十至數百微米之一孔大小之一孔。本文中預期，包含薄圓盤356之單電位靜電透鏡332可經組態以在薄圓盤356之孔內/周圍產生一能量分析場區344，如本文中先前論述。就此而言，關於圖5至圖8中描繪之單電位靜電透鏡332之任何論述可被視為適用於圖9中描繪之單電位靜電透鏡332，除非本文中另有提及。
圖12繪示根據本發明之一或多項實施例之包含安置於一電子束設備1200之一光學柱中之一電子能量分析儀之一系統900。本文中應注意，關於圖5及圖9中描繪之系統500、900之任何論述可被視為適用於圖12中描繪之系統900，除非本文中另有提及。
如本文中先前提及，本發明之實施例可實施至一電子束設備1200中。例如，如圖12中展示，本發明之一電子能量分析儀(例如，系統900)可實施至一電子束設備1200之光學柱中。電子束設備1200可包含此項技術中已知的任何特性化系統，包含(但不限於)一檢測系統、一檢視系統、一基於影像之計量系統及類似物。在一項實施例中，電子束設備1200可包含一聚光透鏡1202及物鏡1204，其等經組態以將電子束301引導至安置於一載物台總成上之一樣本1206之表面。在另一實施例中，電子束設備1200包含一電子偵測器1210，該電子偵測器1210經組態以回應於電子束301而收集從樣本1206之表面發射之二次電子。電子偵測器1210可包含此項技術中已知的任何電子偵測器，包含(但不限於)一二次電子偵測器、一反向散射電子偵測器、一初級電子偵測器(例如，圖12中展示之一柱內電子偵測器)、一柱外偵測器及類似物。藉由另一實例，電子偵測器1210可包含一微通道板(MCP)、一PIN或p-n接面偵測器陣列、一二極體陣列、突崩光電二極體(APD)、一高速閃爍器/PMT偵測器及類似物。在另一實施例中，電子偵測器1210可通信地耦合至控制器308。接著，控制器308可經組態以實行電子束設備1200之各種步驟/功能。
本文中應注意，在電子束設備1200之光學柱內包含系統900可容許系統900在電子束設備1200未使用時分析電子源302之電子能量擴散。就此而言，系統900可經組態以在一樣本1206未安置於載物台總成1208上時分析電子源302之電子能量擴散。本文中進一步預期，在電子束設備1200之光學柱內包含系統900可容許系統900分析電子源302之電子能量擴散且隨時間監測電子源302之效能。
圖10繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子能量分析儀305之回應之一圖表1000。
如本文中先前關於圖4A至圖4C提及，可從一單色電子源之一δ回應函數定義/量測一電子能量分析儀305之能量解析度(∆Ea )，如圖4B中展示。然而，歸因於實際上不存在完美單色電子源之事實，已使用蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬模型化一單色電子源之δ回應函數，如圖10中展示。就此而言，圖10中描繪之圖表1000藉由蒙特卡羅模擬繪示對一單色電子源之δ回應。
透過圖10中模型化之模擬之進程，藉由蒙特卡羅方法從一電子源(例如，電子源302)發射單色電子，其中電子之初始能階係2 eV，且∆Es =0。在發射之後，使用一陽極(例如，陽極322)使電子加速至6 keV之一給定電子束301能量。接著，藉由磁透鏡326之一給定激發(例如，1600 AT)聚焦電子束301。接著，將電子束301引導至具有一所施加工作電壓Vw =-6,200 V之單電位靜電透鏡332。隨後，模擬從單色電子源至電子偵測器306 (例如，法拉第杯)之電子軌跡，且計算傳遞通過單電位靜電透鏡332之能量分析場區344之電子束301之電子之百分比。接著，可調整工作電壓Vw (例如，x軸上繪示之∆Vw )，且可重新模擬傳遞通過單電位靜電透鏡332之能量分析場區344之電子束301之電子之軌跡及百分比。此等資料點可被繪製為一單一AT-a曲線1002，其指示一恆定磁透鏡326激發，如圖10中展示。實際上來說，x軸上繪示之值∆Vw 可被視為兩個等位線309之間的電位差，如圖6A中繪示。
在繪製在一第一恆定磁透鏡326激發下傳遞通過單電位靜電透鏡332之能量分析場區344之電子束301之電子之百分比之後，可調整磁透鏡332之激發，且再次執行模擬。例如，如圖10中展示，曲線1002描繪在一第一磁透鏡326激發下收集之資料點(AT-a)，曲線1004描繪在一第二磁透鏡326激發下收集之資料點(AT-b)，且曲線1006描繪在一第三磁透鏡326激發下收集之資料點(AT-c)，其中AT-a＜AT-b＜AT-c。
如圖10中可見，電子分析儀305之能量解析度(∆Es )可取決於磁透鏡326之磁激發而變化。例如，曲線1004 (例如，AT-b)，電子能量分析儀305之能量解析度係小於40 meV。就此而言，本文中預期，本發明之能量分析儀305可實現約數十毫電子伏特之能量解析度。先進電子源(諸如CFE及CNT電子源)可需要此等高度準確能量解析度。本文中進一步預期，具有最高能量解析度之磁激發位準(例如，AT-b)可被選擇為「最佳化」磁透鏡激發位準且可用於分析電子源之能量擴散。
圖11繪示根據本發明之一或多項實施例之用於分析電子能量之一方法1100之一流程圖。本文中應注意，可由系統500、900完全實施或部分實施方法1100之步驟。然而，應進一步認知，方法1100不限於系統500、900，其中額外或替代系統級實施例可實行方法1100之步驟之全部或部分。
在一步驟1102中，在一單電位靜電透鏡內產生一能量分析場區。在一項實施例中，單電位靜電透鏡332包含一單透鏡。例如，如圖7B中展示，單電位靜電透鏡326可被施加一工作電壓Vw 以產生一能量分析場區344。能量分析場區344可經定大小為約若干微米(例如，D=1微米至2微米)。
在一步驟1104中，使由一電子源產生之一電子束之電子減速。例如，如圖5中展示，一磁透鏡326可經組態以將由一電子源302產生之一電子束301聚焦至一第一電子束交叉307 (Zc1 )。隨後，一單電位靜電透鏡332可經組態以使電子束301之電子減速/延遲。例如，如圖6A中展示，區A1及A2可包含經組態以使電子束301之電子減速之減速/延遲區。
在一步驟1106中，將電子束之電子引導至單電位靜電透鏡332之能量分析場區。例如，如圖5及圖7B中展示，可將電子束301之電子射線305引導至能量分析場區344。
在一步驟1108中，由一電子偵測器接收傳遞通過能量分析場區之電子。例如，如圖8中展示，具有大於∆V之初始能量之電子(例如，電子313a、313b、313c)傳遞通過能量分析場區344，且具有小於∆V之初始能量之電子(例如，電子315a、315b)可從能量分析場區344排斥。接著，可由電子偵測器306偵測/記錄傳遞通過能量分析場區344之電子(例如，電子313a至313c)。
在一步驟1110中，由電子偵測器306基於所接收電子產生一或多個信號。例如，電子偵測器306可經組態以回應於所偵測電子而產生一或多個信號。接著，電子偵測器306可經組態以將一或多個信號傳輸至一控制器308。
在一步驟1112中，基於一或多個信號判定電子束之一能量擴散。例如，控制器308之一或多個處理器310可經組態以從電子偵測器306接收一或多個信號，且基於一或多個所接收信號計算電子束301及/或電子源302之一能量擴散。
本文中應注意，所揭示系統之一或多個組件可以此項技術中已知的任何方式通信地耦合至系統之各種其他組件。例如，[系統之元件]可經由一有線(例如，銅線、光纖電纜及類似物)或無線連接(例如，RF耦合、IR耦合、資料網路通信(例如，WiFi、WiMax、藍芽及類似物))通信地耦合至彼此及其他組件。
熟習此項技術者將認知，本文中描述之組件(例如，操作)、裝置、物件及其等所隨附之論述為概念清晰起見而被用作實例，且預期各種組態修改。因此，如本文中使用，所闡述之特定範例及隨附論述旨在表示其等之更普通類別。一般言之，任何特定範例之使用旨在表示其類別，且未包含特定組件(例如，操作)、裝置及物件不應被視為限制性。
熟習此項技術者將瞭解，存在可藉由其等而實現本文中所述之程序及/或系統及/或其他技術之各種工具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳的工具將隨著其中部署該等程序及/或系統及/或其他技術的背景內容而變化。例如，若一實施者判定速度及精確性係非常重要的，則該實施者可選擇一主要硬體及/或韌體工具；替代地，若靈活性為非常重要，則該實施者可選擇一主要軟體實施方案；或再次替代地，該實施者可選擇硬體、軟體及/或韌體之某一組合。因此，存在可藉由其等而實現本文中所述之程序及/或裝置及/或其他技術之若干可行工具，該等工具均非固有地優於其他工具，其中待利用之任意工具係取決於將部署該工具之背景內容及該實施者之特定關注(例如，速度、靈活性或可預測性)的一選擇，該背景內容及該等特定關注之任意者可能變化。
呈現先前描述以使一般技術者能夠製作及使用如在一特定應用及其要求之背景內容中提供之本發明。如本文中使用，諸如「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上」、「朝上」、「下」、「向下」及「朝下」之方向性術語旨在出於描述之目的而提供相對位置，且不旨在指定一絕對參考系。熟習此項技術者將瞭解對所描述之實施例之各種修改，且本文中界定之一般原理可應用至其他實施例。因此，本發明並不旨在限於所展示及描述之特定實施例，而應符合與本文中揭示之原理及新穎特徵一致之最廣泛範疇。
關於本文中之實質上任何複數及/或單數術語之使用，熟習此項技術者可視背景內容及/或申請案需要而從複數轉變為單數及/或從單數轉變為複數。為清晰起見未在本文中明確闡述各種單數/複數排列。
本文中描述之所有方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於記憶體中。結果可包含本文中描述之結果之任一者且可以此項技術中已知的任何方式儲存。記憶體可包含本文中描述之任何記憶體或此項技術中已知的任何其他適合儲存媒體。在已儲存結果之後，結果可在記憶體中存取且藉由本文中描述之方法或系統實施例之任一者使用，經格式化以顯示給一使用者，由另一軟體模組、方法或系統使用等等。此外，結果可「永久」、「半永久」、「臨時」儲存或儲存達一段時間。例如，記憶體可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可不必無限期地永留於記憶體中。
進一步預期，上文描述之方法之實施例之各者可包含本文中描述之(若干)任何其他方法之(若干)任何其他步驟。另外，上文描述之方法之實施例之各者可由本文中描述之系統之任一者執行。
本文中描述之標的物有時繪示含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等所描繪之架構僅為例示性的，且事實上可實施達成相同功能性之許多其他架構。在概念意義上，達成相同功能性之組件之任何配置有效地「相關聯」，使得達成所要功能性。因此，在不考慮架構或中間組件之情況下，經組合以達成一特定功能性之本文中之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」，使得達成所要功能性。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為「可耦合」至彼此以達成所要功能性。可耦合之特定實例包含(但不限於)可實體配接及/或實體相互作用之組件及/或可無線相互作用及/或無線相互作用之組件及/或邏輯相互作用及/或可邏輯相互作用之組件。
此外，應理解，藉由隨附發明申請專利範圍定義本發明。此項技術者將理解，一般言之，在本文中使用且尤其在隨附發明申請專利範圍(例如隨附發明申請專利範圍之主體)中使用之術語一般旨在為「開放性」術語(例如術語「包含」應被解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應被解釋為「至少具有」，術語「包含」應被解釋為「包含但不限於」及類似物)。此項技術者將進一步理解，若預期特定數目個所介紹發明申請專利範圍敘述，則此一意圖將明確敘述於發明申請專利範圍中，且在不存在此敘述之情況下，不存在此意圖。例如，為幫助理解，下列隨附發明申請專利範圍可含有介紹性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以介紹發明申請專利範圍敘述。然而，此等片語之使用不應被解釋為暗示由不定冠詞「一」或「一個」介紹一發明申請專利範圍敘述將含有此所介紹發明申請專利範圍敘述之任意特定發明申請專利範圍限於僅含有一個此敘述之發明，即使當相同發明申請專利範圍包含介紹性片語「一或多個」或「至少一個」及不定冠詞(諸如「一」或「一個」) (例如，「一」及/或「一個」通常應被解釋成意謂「至少一個」或「一或多個」)；對於使用用於介紹發明申請專利範圍敘述之定冠詞亦如此。另外，即使明確敘述一所介紹之發明申請專利範圍敘述之一特定數目，熟習此項技術者亦將認識到，此敘述應通常被解釋為意謂至少經敘述之數目(例如，不具有其他修飾語之僅僅「兩個敘述」之敘述通常意謂至少兩個敘述或兩個或兩個以上敘述)。此外，在其中使用類似於「A、B及C之至少一者及類似物」之一慣例之該等例項中，一般而言在熟習此項技術者將理解該慣例(例如，「具有A、B及C之至少一者之一系統」將包含(但不限於)僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C及類似物之系統)之意義上期望此一構造。在其中使用類似於「A、B或C之至少一者及類似物」之一慣例之該等例項中，一般而言在熟習此項技術者將理解該慣例(例如，「具有A、B或C之至少一者之一系統」將包含(但不限於)僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C及類似物之系統)之意義上期望此一構造。此項技術者將進一步理解，事實上呈現兩個或兩個以上替代術語之任何轉折詞及/或片語(不管在描述、發明申請專利範圍或圖式中)應被理解為預期包含術語之一者、術語之任一者或兩個術語之可能性。例如，片語「A或B」將被理解為包含「A」或「B」或「A及B」之可能性。
據信，將藉由前述描述理解本發明及許多其伴隨優勢，且將明白，在不脫離所揭示之標的物或不犧牲所有其重大優勢之情況下可對組件之形式、構造及配置做出各種改變。所描述形式僅為說明性的，且下列發明申請專利範圍之意圖係涵蓋及包含此等改變。此外，應理解，由隨附發明申請專利範圍定義本發明。
100‧‧‧半球形電子能量分析儀 101‧‧‧電子束 102‧‧‧電子源 104‧‧‧透鏡子系統 106‧‧‧內半球 108‧‧‧外半球 110‧‧‧狹縫 112‧‧‧電子偵測器 200‧‧‧雙維因濾光片單色器 201‧‧‧電子束 202‧‧‧電子源 204‧‧‧槍透鏡 206‧‧‧第一維因濾光片 208‧‧‧狹縫孔徑 210‧‧‧第二維因濾光片 212‧‧‧聚光透鏡 214‧‧‧電子偵測器 300‧‧‧電子光學系統 301‧‧‧電子束 302‧‧‧電子源 303‧‧‧光學軸 304‧‧‧能量分析儀元件 305‧‧‧能量分析儀 305a‧‧‧電子射線 305b‧‧‧電子射線 305c‧‧‧電子射線 306‧‧‧電子偵測器 307‧‧‧第一電子束交叉(Zc1) 308‧‧‧控制器 309‧‧‧等位線 310‧‧‧處理器 311‧‧‧第二電子交叉(Zc2) 312‧‧‧記憶體 313a‧‧‧電子 313b‧‧‧電子 313c‧‧‧電子 314‧‧‧使用者介面 315a‧‧‧電子 315b‧‧‧電子 316‧‧‧電子發射尖端 318‧‧‧抑制器 320‧‧‧提取器 322‧‧‧電子光學元件/陽極 324‧‧‧孔徑 326‧‧‧磁透鏡 328‧‧‧線圈 330‧‧‧極片/半射束角 332‧‧‧單電位靜電透鏡 334‧‧‧第一接地電極 336‧‧‧負電位電極 338‧‧‧第二接地電極 340a‧‧‧散焦區 340b‧‧‧散焦區 341a‧‧‧散焦透鏡(LA1) 341b‧‧‧散焦透鏡(LB1) 342a‧‧‧聚焦區/細分線 342b‧‧‧聚焦區/細分線 343a‧‧‧聚焦透鏡(LA2) 343b‧‧‧聚焦透鏡(LB2) 344‧‧‧能量分析場區 346‧‧‧直徑(D) 348‧‧‧磁透鏡 350‧‧‧孔徑 352‧‧‧孔徑桿 354‧‧‧孔徑桿驅動器 356‧‧‧薄圓盤 400‧‧‧圖表 402‧‧‧圖表 404‧‧‧圖表 500‧‧‧系統 900‧‧‧系統 1000‧‧‧圖表 1002‧‧‧曲線 1004‧‧‧曲線 1006‧‧‧曲線 1100‧‧‧方法 1102‧‧‧步驟 1104‧‧‧步驟 1106‧‧‧步驟 1108‧‧‧步驟 1110‧‧‧步驟 1112‧‧‧步驟 1200‧‧‧電子束設備 1202‧‧‧聚光透鏡 1204‧‧‧物鏡 1206‧‧‧樣本 1208‧‧‧載物台總成 1210‧‧‧電子偵測器 A1‧‧‧減速區 A2‧‧‧減速區 B1‧‧‧加速區 B2‧‧‧加速區 E0‧‧‧能階 EA1r‧‧‧電力 EA2r‧‧‧電力 EA1z‧‧‧電力 EA2z‧‧‧電力 EB1r‧‧‧電力 EB2r‧‧‧電力 EB1z‧‧‧電力 EB2z‧‧‧電力 R1‧‧‧半徑 R2‧‧‧半徑 V1‧‧‧電壓 V2‧‧‧電壓 Vw‧‧‧工作電壓
熟習此項技術者可藉由參考附圖更好理解本發明之數種優點，其中：
圖1繪示一半球形電子能量分析儀。
圖2繪示一個雙維因濾光片(Wien-filter)單色器。
圖3繪示根據本發明之一或多項實施例之一電子光學系統之一簡化方塊圖。
圖4A繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子源之能量擴散之一圖表。
圖4B繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子分析儀之能量擴散之一圖表。
圖4C繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子分析儀系統之總能量擴散之一圖表。
圖5繪示根據本發明之一或多項實施例之包含一電子能量分析儀之一系統。
圖6A繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡之等位線。
圖6B繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡之等效電子透鏡。
圖7A繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡內之等位線及一能量分析場區之細分。
圖7B繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡內之一能量分析場區之一放大視圖。
圖8繪示根據本發明之一或多項實施例之一單電位靜電透鏡之一示意圖。
圖9繪示根據本發明之一或多項實施例之包含一電子能量分析儀之一系統。
圖10繪示描繪根據本發明之一或多項實施例之一電子能量分析儀之回應之一圖表。
圖11繪示根據本發明之一或多項實施例之用於分析電子能量之一方法之一流程圖。
圖12繪示根據本發明之一或多項實施例之包含安置於一電子束設備之一光學柱中之一電子能量分析儀之一系統。
301‧‧‧電子束
302‧‧‧電子源
304‧‧‧能量分析儀元件
305a‧‧‧電子射線
305c‧‧‧電子射線
306‧‧‧電子偵測器
307‧‧‧第一電子束交叉(Zc1)
308‧‧‧控制器
310‧‧‧處理器
312‧‧‧記憶體
314‧‧‧使用者介面
316‧‧‧電子發射尖端
318‧‧‧抑制器
320‧‧‧提取器
322‧‧‧電子光學元件/陽極
324‧‧‧孔徑
326‧‧‧磁透鏡
328‧‧‧線圈
330‧‧‧極片/半射束角
332‧‧‧單電位靜電透鏡
334‧‧‧第一接地電極
336‧‧‧負電位電極
338‧‧‧第二接地電極
344‧‧‧能量分析場區
500‧‧‧系統

Claims (33)

  1. 一種高解析度電子能量分析儀，其包括： 一靜電透鏡，其經組態以： 產生一能量分析場區； 使由一電子源產生之一電子束之電子減速； 將該電子束之該等減速電子引導至該能量分析場區；及 一電子偵測器，其經組態以接收傳遞通過該能量分析場區之一或多個電子，其中該電子偵測器經進一步組態以基於該一或多個所接收電子產生一或多個信號。
  2. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該靜電透鏡包括一單電位靜電透鏡。
  3. 如請求項1之電子能量分析儀，其進一步包括通信地耦合至該電子偵測器之一控制器，其中該控制器經組態以基於來自該電子偵測器之該一或多個信號判定該電子源之一能量擴散。
  4. 如請求項1之電子能量分析儀，其進一步包括經組態以將來自該電子源之該電子束聚焦至一第一電子束交叉之一磁透鏡，其中該第一電子束交叉安置於該電子源與該靜電透鏡之間。
  5. 如請求項4之電子能量分析儀，其中將該電子束引導至該能量分析場區包括將該電子束聚焦至一第二電子束交叉，其中該第二電子束交叉安置於該第一電子束交叉與該能量分析場區之間。
  6. 如請求項4之電子能量分析儀，其中該第二電子束交叉之大小小於該能量分析場區之大小。
  7. 如請求項1之電子能量分析儀，其進一步包括經組態以使該電子束之該等電子加速朝向該靜電透鏡之一電子光學元件。
  8. 如請求項7之電子能量分析儀，其中該電子光學元件包括一陽極。
  9. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該能量分析場區具有0.9微米與2.1微米之間的一直徑。
  10. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該靜電透鏡包括一單透鏡。
  11. 如請求項1之電子能量分析儀，其進一步包括安置於該電子源與該能量分析場區之間的一或多個孔徑，其中該一或多個孔徑經組態以修改該電子束之一或多個特性。
  12. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該電子偵測器包括一法拉第杯。
  13. 如請求項1之電子能量分析儀，其中從該電子源至該電子偵測器之一電子路徑包括一實質上線性電子路徑。
  14. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該靜電透鏡經組態以藉由使由該電子源產生之該電子束之該等電子延遲至實質上等效於該等電子之初始發射能階之能階而使該電子束之該等電子減速。
  15. 如請求項1之電子能量分析儀，其中該電子能量分析儀安置於一電子束設備之一光學柱內。
  16. 一種系統，其包括： 一電子源，其經組態以產生一電子束； 一磁透鏡，其經組態以接收該電子束； 一靜電透鏡，其經組態以： 產生一能量分析場區； 使該電子束之電子減速；及 將該電子束之該等減速電子引導至該能量分析場區；及 一電子偵測器，其經組態以接收傳遞通過該能量分析場區之一或多個電子，其中該電子偵測器經進一步組態以基於該一或多個所接收電子產生一或多個信號。
  17. 如請求項16之系統，其中該靜電透鏡包括一單電位靜電透鏡。
  18. 如請求項16之系統，其進一步包括通信地耦合至該電子偵測器之一控制器，其中該控制器經組態以基於來自該電子偵測器之該一或多個信號判定該電子源之一能量擴散。
  19. 如請求項16之系統，其中該磁透鏡經組態以將該電子束聚焦至一第一電子束交叉，其中該第一電子束交叉安置於該電子源與該靜電透鏡之間。
  20. 如請求項19之系統，其中將該電子束引導至該能量分析場區包括將該電子束聚焦至一第二電子束交叉，其中該第二電子束交叉安置於該第一電子束交叉與該能量分析場區之間。
  21. 如請求項19之系統，其中該第二電子束交叉之大小小於該能量分析場區之大小。
  22. 如請求項16之系統，其進一步包括經組態以使該電子束之該等電子加速朝向該靜電透鏡之一電子光學元件。
  23. 如請求項22之系統，其中該電子光學元件包括一陽極。
  24. 如請求項16之系統，其中該能量分析場區具有0.9微米與2.1微米之間的一直徑。
  25. 如請求項16之系統，其中該靜電透鏡包括一單透鏡。
  26. 如請求項16之系統，其進一步包括安置於該電子源與該能量分析場區之間的一或多個孔徑，其中該一或多個孔徑經組態以修改該電子束之一或多個特性。
  27. 如請求項16之系統，其中該電子偵測器包括一法拉第杯。
  28. 如請求項16之系統，其中從該電子源至該電子偵測器之一電子路徑包括一實質上線性電子路徑。
  29. 如請求項16之系統，其中該靜電透鏡經組態以藉由使由該電子源產生之該電子束之該等電子延遲至實質上等效於該等電子之初始發射能階之能階而使該電子束之該等電子減速。
  30. 一種分析電子能量之方法，其包括： 使用一單電位靜電透鏡產生一能量分析場區； 使由一電子源產生之一電子束之電子減速； 將該電子束之該等電子引導至該單電位靜電透鏡之該能量分析場區； 使用一電子偵測器接收傳遞通過該能量分析場區之電子；及 使用該電子偵測器基於該等所接收電子產生一或多個信號。
  31. 一種方法，其包括： 在一靜電透鏡之複數個工作電壓及一磁透鏡之一第一磁激發位準下，使用一電子偵測器接收傳遞通過一能量分析場區之電子； 在該靜電透鏡之複數個工作電壓及該磁透鏡之一額外磁激發位準下，使用該電子偵測器接收傳遞通過該能量分析場區之電子； 計算一能量分析儀在該第一磁激發位準下之一第一電子能量解析度及在該額外磁激發位準下之一額外電子能量解析度；及 使用在該磁激發位準下以最高電子能量解析度操作之該電子分析儀分析一電子源之電子能量擴散。
  32. 如請求項31之方法，其中在一靜電透鏡之複數個工作電壓及一磁透鏡之一第一磁激發位準下使用一電子偵測器接收傳遞通過一能量分析場區之電子包括： 在該第一磁激發位準下將一電子束引導至一電子分析儀之一磁透鏡； 將來自該磁透鏡之該電子束引導至使用一第一工作電壓產生之一靜電透鏡之一能量分析場區； 使用一電子偵測器接收傳遞通過具有該第一磁激發位準及該第一工作電壓之該能量分析場區之電子； 將來自該磁透鏡之該電子束引導至使用一額外工作電壓產生之該靜電透鏡之該能量分析場區；及 使用該電子偵測器接收傳遞通過具有該第一磁激發位準及該額外工作電壓之該能量分析場區之電子。
  33. 如請求項31之方法，其中在一靜電透鏡之複數個工作電壓及該磁透鏡之一額外磁激發位準下使用該電子偵測器接收傳遞通過該能量分析場區之電子包括： 在一額外磁激發位準下將一電子束引導至一電子分析儀之一磁透鏡； 將來自該磁透鏡之該電子束引導至使用一第一工作電壓產生之一靜電透鏡之一能量分析場區； 使用一電子偵測器接收傳遞通過具有該額外磁激發位準及該第一工作電壓之該能量分析場區之該等電子； 將來自該磁透鏡之該電子束引導至使用一額外工作電壓產生之該靜電透鏡之該能量分析場區；及 使用該電子偵測器接收傳遞通過具有該額外磁激發位準及該額外工作電壓之該能量分析場區之電子。
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