一種掃描電鏡探針電流檢測裝置和一種掃描電鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子光學技術領域，特別涉及一種掃描電鏡探針電流檢測裝置和一種掃描電鏡。
【背景技術】
[0002]掃描電子顯微鏡，簡稱掃描電鏡是一種電子光學儀器，利用聚焦電子束在樣品表面進行逐行掃描，電子束轟擊樣品表面產生二次電子或背散射電子的效率與樣品的表面形貌或材料相關。收集樣品表面產生的二次電子或背散射電子，將樣品表面電子束掃描的位置和產生的二次電子或背散射電子的數量用二維圖像的形式表示，即得到掃描電鏡的二次電子圖像或背散射電子圖像。掃描電鏡圖像的分辨率可達到納米級甚至優于1.0納米，在新材料、新能源、國防、科學研究等領域起著無法替代的作用。
[0003]在掃描電鏡的某些應用中，電子顯微鏡需要對樣品進行長時間、大范圍、多區域成像，尤其是使用背散射探測器成像時，圖像的亮度代表了元素的原子序數。在這些應用中，探針電流由于燈絲壽命、溫度變化等因素會隨時間變化，造成圖像亮度改變，不利于在長時間內采集的多幅圖像的比較。所以需要在長時間圖像采集的過程中，每隔一段時間，進行探針電流的檢測，并在對采集到的圖像進行處理時，將探針電流變化帶來的的影響消除。
[0004]掃描電鏡的原理框圖如圖1所不，掃描電鏡中電子束發生器發出的電子束經過掃描單元控制其偏轉，偏轉后的電子束照射在樣品臺的樣品上，對樣品進行二維掃描，實現成像功能。其中二維掃描的過程分為正掃和回掃兩個過程，在回掃階段電子束不參與成像。照射在樣品上電子束的電流稱為探針電流。
[0005]法拉第杯安裝在樣品臺上，因為樣品的尺寸較大，而電子束的偏轉范圍有限，所以在進行探針電流檢測時，需要移動樣品臺，將被測樣品移走，將法拉第杯移至電子束下方，使電子束穿過法拉第杯上的小孔，由法拉第杯收集的電子，流經樣品臺和皮安計至地時，探針電流由皮安計測量得到。
[0006]在對樣品進行長時間、大范圍、多區域成像時，使用這種方法檢測探針電流需要反復移動樣品臺，費時費力，效率極低，且對樣品臺的重復定位精度有較高的要求。

【發明內容】

[0007]為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中的掃描電鏡中檢測探針電流效率低，且對樣品臺的精度要求極高。
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案:
[0009]—種掃描電鏡探針電流檢測裝置，設置于掃描電鏡的鏡筒內，包括，主控制器，偏轉單元、法拉第杯和檢測電路，其中:
[0010]所述偏轉單元，設置于電子束發生器和掃描單元之間，接收電子束發生器射出的電子束，控制電子束是否發生偏轉；
[0011]所述法拉第杯，設置于所述偏轉單元輸出的電子束的偏轉方向上，收集偏轉的電子束；
[0012]所述檢測電路，用于對所述法拉第杯中收集的電子束進行檢測；
[0013]所述主控制器，用于控制所述偏轉單元、所述法拉第杯和所述掃描單元的工作狀態，以實現:
[0014]所述掃描單元在正掃階段時，所述偏轉單元控制其中的電子束不發生偏轉；
[0015]所述掃描單元在回掃階段時，所述偏轉單元控制其中的電子束發生偏轉。
[0016]所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置，所述偏轉單元包括采用靜電偏轉的偏轉電極和控制所述偏轉電極的驅動電路；
[0017]在所述主控制器的控制下，所述驅動電路在對樣品正掃階段時控制偏轉電極的偏轉電勢為零；在對樣品回掃階段時控制偏轉電極的偏轉電勢不為零。
[0018]所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置，所述主控制器采用FPGA控制單元。
[0019]本發明還提供一種掃描電鏡，包括上述的掃描電鏡探針電流檢測裝置，以及電子束發生器和掃描單元；
[0020]所述電子束發生器用于產生并射出電子束；
[0021]所述掃描單元用于控制進入其內的電子束發生偏轉，對樣品臺上的樣品進行二維掃描。
[0022]所述的掃描電鏡，所述電子束發生器包括電子槍、聚光鏡和活動光闌；
[0023]所述電子槍產生電子束；
[0024]所述聚光鏡對所述電子槍產生的電子束進行匯聚后發射至活動光闌；
[0025]所述活動光闌對電子束的孔徑角進行限制。
[0026]所述的掃描電鏡，所述掃描單元包括物鏡和偏轉線圈；
[0027]所述物鏡對電子束進行匯聚；
[0028]所述偏轉線圈控制進入其內部的電子束進行偏轉。
[0029]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:
[0030](I)本發明所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置及掃描電鏡，其中的掃描單元在正掃階段時，偏轉單元控制其中的電子束不發生偏轉，檢測電路不進行電子束的采樣操作，此時電子束正常通過鏡筒，打到樣品表面，實現對樣品的成像。掃描單元在回掃階段時，偏轉單元控制其中的電子束發生偏轉，檢測電路進行電子束的采樣操作，由此得到探針電流的數值。這一過程完全不需要移動樣品臺進行。上述方案通過控制電子束掃描和探針電流檢測的時序，可以實現在電子束幀掃描或行掃描的回掃時間內，進行探針電流檢測。在掃描電鏡中，回掃階段電子束不參與成像，所以利用回掃階段進行探針電流檢測不會中斷掃描電鏡的圖像采集，在電鏡圖像采集的同時實時檢測探針電流的變化，高效地完成進行探針電流檢測。同時由于探針電流檢測不需要移動樣品臺進行，因此對樣品臺的精度要求可以有所降低。
[0031](2)本發明所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置及掃描電鏡，偏轉單元包括采用靜電偏轉的偏轉電極和控制偏轉電極的驅動電路，在主控制器的控制下，驅動電路在對樣品正掃階段時控制偏轉電極的偏轉電勢為零；在對樣品回掃階段時控制偏轉偏轉電極的電勢不為零。采用靜電偏轉，在電極驅動電路的控制下，偏轉電極間電場的建立和消隱的速度很快，所以電子束在偏轉電極的控制下偏轉和歸位的弛豫時間很短，電子束可以以很高的頻率在成像狀態和探針電流檢測狀態間切換。
[0032](3)本發明所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置及掃描電鏡，其中掃描電鏡中包括聚光鏡和物鏡，可以實現對電子束進行匯聚，還包括活動光闌，用于實現限制電子束孔徑角。
【附圖說明】
[0033]為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
[0034]圖1是現有技術中掃描電鏡的原理框圖；
[0035]圖2是本發明一個實施例所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置的原理框圖；
[0036]圖3是本發明一個實施例所述的掃描電鏡探針電流檢測裝置的控制電路的原理框圖；
[0037]圖4是本發明一個實施例所述的掃描電鏡的結構示意圖；
[0038]圖5是本發明一個實施例所述探針電流檢測的時序圖。
【具體實施方式】
[0039]實施例1
[0040]本實施例提供一種掃描電鏡探針電流檢測裝置，設置于掃描電鏡的鏡筒內，如圖2所示，其包括，主控制器201，偏轉單元202、法拉第杯203和檢測電路204，其中:
[0041]所述偏轉單元202，設置于電子束發生器和掃描單元之間，接收電子束發生器射出的電子束，控制電子束是否發生偏轉。
[0042]所述法拉第杯203，設置于所述偏轉單元輸出的電子束的偏轉方向上，收集偏轉的電子束。
[0043]所述檢測電路204，用于對所述法拉第杯203中收集的電子束進行檢測。
[0044