[发明专利]用于透射电子显微镜能谱法的检测器系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于透射电子显微镜的检测器。

背景技术

在透射电子显微镜中，将高能电子束导向纤薄样品。所述束中的电子在穿过样品时与所述样品发生相互作用，并且在样品下方被收集。一些穿过样品的电子相对未受阻碍；其他电子则被偏转、吸收或损失能量。穿过样品的电子携带关于所述样品的信息并且在检测器上产生图样。所述图样例如可以对应于样品的图像、衍射图或者电子能谱。不同的成像和分析技术使用所透射的电子的不同特性来形成图像或者确定样品的属性。

举例来说，可以通过测量在电子穿过样品时所吸收的能量来提供关于所述样品的信息。这种技术被称作“电子能量损失能谱法”或者EELS。R.F. Egerton在“Electron energy-loss spectroscopy in the TEM（TEM中的电子能量损失能谱法）”（Reports on Progress in Physics 72，2008年12月）中提供了关于EELS的总览。样品中的不同材料会导致电子在穿过时损失不同数量的能量。电子穿过能谱仪，以便通过从原始电子束中的电子能量减去现有能量来确定能量损失。EELS不仅可以确定存在哪些元素，而且还可以确定其化学状态。

EELS能谱仪通常包括一个或更多棱镜，所述棱镜依照电子的能量在能量色散平面中分离电子，这是通过将电子偏转取决于电子能量的一数量而实现的。能量色散平面是其中在与束行进方向垂直的方向上色散具有不同能量的电子的平面。这里所使用的术语“棱镜”意指根据束中的电子能量来色散所述电子束的任何器件。棱镜例如可以提供垂直于该束的磁场或电场。举例来说，球形电容器的一部分、磁性偏转器或者Wien滤波器可以被用作棱镜。电子的角度色散取决于棱镜中的磁场或电场的强度以及电子的能量。一个棱镜可以包括多个元件。除了棱镜之外，EELS能谱仪还可以包括可调节能量选择狭缝（其通常位于所述能量色散平面内或其附近）以及成像光学元件（其可以包括棱镜和/或透镜和/或多极子或者其组合的系统），以便在记录电子图像的检测器上形成该图像。所述检测器例如可以是电荷耦合器件或有源像素传感器，并且可以包括像素行或像素的二维阵列。位于样品之后能谱仪之前的投影光学元件将电子投射到所述能谱仪的入口孔内。

电子在穿过样品时有几种电子损失能量的机制。不同的机制导致电子损失不同数量的能量并且解释了典型的能量损失曲线图或谱的形状。图1A和1B是以任意单位示出了在不同的能量损失数值下检测到的电子数目的谱。能量损失谱随着存在于样品中的材料而改变，因此可以从所述谱推断出关于样品的信息。

图1A示出了能量损失谱的所谓的“低损失”区域100，其被略为任意地定义为小于100eV的区域。所述低损失区域内的电子损失主要是由于非弹性相互作用而导致的，比如声子相互作用、等离子体激元相互作用、与外壳电子的碰撞、与内壳电子的不电离碰撞以及辐射损失。图1B示出了所述谱的典型的“核心损失”区域108。所述核心损失区域中的电子损失是由于内壳电子或“核心”电子的电离而导致的，并且其损失通常大于100eV。图1A和1B的谱不是按比例绘制的；图1B的垂直尺度与图1A相比被放大很多。

图1A示出了以零能量损失为中心的大峰102，其被称作“零损失峰”。所述零损失峰的宽度通常是大约0.2eV到2eV，并且主要代表扩展在原始束中的能量以及主要在束电子与原子核之间的弹性碰撞中发生的小能量损失。宽等离子体激元峰104由束电子与价电子的共振导致。图1B示出了具有比图1A中所示的那些高很多的能量损失的峰110、112和114。每一个峰都与特定内壳电子的去除相关联，并且所述峰表征特定样品材料。所述核心损失谱提供很容易标识存在于样品中的材料的信息，尽管还可以从能量损失谱的低损失区域获得关于样品的信息。