[发明专利]离子源、系统和方法

权利要求书

1.一种气体场离子显微镜系统，包括：

能够与气体相互作用从而产生在样品的表面具有斑点尺寸的离子束的气体场离子源，所述气体场离子源包括：

导电尖端，具有包括3到20个原子的端层；

离子光学器件，配置使得至少一些所述离子束中的离子在到达所述样品之前通过所述离子光学器件，所述离子光学器件包括：

电极；和

孔径，配置以避免所述离子束中的一些离子到达所述样品的表面。

2.根据权利要求1的系统，其中在样品表面的所述斑点尺寸是9nm或更小。

3.根据权利要求1的系统，其中在样品表面的所述斑点尺寸是8nm或更小。

4.根据权利要求1的系统，其中在样品表面的所述斑点尺寸是0.05nm或更大。

5.根据权利要求1的系统，其中在样品表面的所述斑点尺寸是0.1nm或更大。

6.根据权利要求1的系统，其中所述离子束在样品表面具有5mrad或更小的会聚半角。

7.根据权利要求1的系统，其中所述离子束在样品表面具有1nA或更小的离子束流。

8.根据权利要求7的系统，其中在样品表面的离子束流为0.1fA或更大。

9.根据权利要求1的系统，其中在样品表面的离子束流为0.1fA或更大。

10.根据权利要求1的系统，其中所述离子束在样品表面具有5eV或更小的能量散布。

11.根据权利要求1的系统，还包括样品，其中所述样品的表面距所述导电尖端5cm或更远。

12.根据权利要求1的系统，其中所述系统是气体场离子显微镜。

13.根据权利要求1的系统，其中所述系统是氦离子显微镜。

14.根据权利要求1的系统，其中所述系统是扫描气体场离子显微镜。

15.根据权利要求1的系统，其中所述系统是扫描氦离子显微镜。

16.根据权利要求1的系统，还包括一机构，所述机构被耦合至所述气体场离子源，使得所述机构可以平移所述导电尖端、倾斜所述导电尖端或两者。

17.根据权利要求1的系统，其中该导电尖端包括选自由钨、碳、钽、铱、铼、铌、铂和钼构成的组的材料。

18.根据权利要求1的系统，其中所述导电尖端为W(111)尖端。

19.根据权利要求18的系统，其中所述W(111)尖端具有是三聚物的原子端层。

20.根据权利要求1的系统，其中到达样品表面的离子束中的70％或更多的离子通过气体与所述导电尖端的原子端层的所述原子的单个原子的相互作用而产生。

21.根据权利要求1的系统，还包括热耦合至所述气体场离子源的冷却剂源，使得在所述气体场离子源的工作期间，所述气体场离子源的温度是5K或更高。

22.根据权利要求1的系统，还包括热耦合至所述气体场离子源的低温致冷源，使得在所述气体场离子源的工作期间，所述气体场离子源的温度是5K或更高。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述离子束在样品表面具有1×10⁹A/cm²sr或更大的亮度。

24.根据权利要求23的系统，其中所述离子源在所述样品的表面具有1×10¹⁰A/cm²sr或更大的亮度。

25.根据权利要求23的系统，其中所述离子束在样品的所述表面具有1×10¹¹A/cm²sr或更大的亮度。

26.根据权利要求1的系统，其中所述离子束在样品的表面具有5×10⁸A/m²srV以上的减小的亮度。

27.根据权利要求26的系统，其中所述离子束在所述样品的表面具有1×10⁹A/m²srV以上的减小的亮度。