[发明专利]表面等离激元诱导的电子发射源

说明书

本发明实施例提供一种表面等离激元诱导的电子发射源，包括：泵浦源发出光与金属牛眼光栅相互作用产生表面等离激元近场，通过中心小孔到达光阴极材料层，与光阴极材料相互作用产生电子，电子收集器收集所述电子，金属牛眼光栅的周期与表面等离激元的波矢满足：金属牛眼光栅的周期与表面等离激元的波矢之积为2π的整数倍；光阴极材料层为预设特殊材料，以使得表面等离激元近场照射到光阴极材料上，产生光致电子发射现象。本发明实施例基于光致电子发射原理和表面等离激元结合的高分辨率电子源，降低电子束的能散，提高了亮度。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种表面等离激元诱导的电子发射源。

背景技术

近年来，显微镜仪器的发展取得了巨大的进步，其中一项关键进展是低压扫描电子显微镜(Low Voltage-Scanning Electron Microscope，简称LV-SEM)。低压扫描电子显微镜是一类电子加速电压低于10k伏特的扫描电子显微镜。LV-SEM的优势有：使用的电子束能量和速度低，打入样品的深度小，因此电子和样品相互作用区域体积减小，利用该优点可以探测传统扫描电镜无法获取的表面敏感信息；低加速电压的扫描电镜可实现良好衬度的扫描图像；降低电子能量可减少对标本的辐射损伤和荷电效应，非导电性材料样品无需覆盖导电层。

这些优势使得LV-SEM在探测非导体材料和生命科学材料中发挥了重要作用，如探测碳纳米管、石墨烯、半导体的表面结构，乃至植物、动物组织表面等。LV-SEM被认为是扫描电镜未来发展的重要技术之一，而提升电镜成像分辨率是电镜发展的重要方向。电镜系统分辨率与电子源的特性紧密相关，高分辨率电镜的电子束需要满足以下两个条件：能散低，亮度高。

因此，亟需一种能发射能散低、亮度高的电子束，以提高LV-SEM的成像分辨率。

发明内容

本发明实施例提供一种表面等离激元诱导的电子发射源，用以解决现有技术中成像分辨率低的缺陷，实现发射能散高、亮度低的电子束，以提高LV-SEM的成像分辨率。

本发明实施例提供一种表面等离激元诱导的电子发射源，包括：透明介质、金属牛眼光栅、中心小孔、光阴极材料层、泵浦源和电子收集器，所述透明介质为衬底，所述泵浦源发出光与所述金属牛眼光栅相互作用产生表面等离激元近场，所述表面等离激元近场通过所述中心小孔到达所述光阴极材料层，与光阴极材料相互作用产生电子，所述电子收集器收集所述电子；

其中，所述金属牛眼光栅的周期与所述表面等离激元的波矢满足：所述金属牛眼光栅的周期与所述表面等离激元的波矢之积为2π的整数倍；

所述光阴极材料层为预设特殊材料，以使得所述表面等离激元近场照射到光阴极材料上，产生光致电子发射现象。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述金属牛眼光栅的周期与所述表面等离激元的波矢之积为2π的整数倍，具体包括：

其中，k_spp表示所述表面等离激元的波矢，Λ表示所述金属牛眼光栅的周期。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述光阴极材料层为碱金属材料、半导体量子阱材料、二维材料、负电子亲和势光阴极四种材料中的一种。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述中心小孔内为真空。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述中心小孔位于所述金属牛眼光栅的环形中心处。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述碱金属材料为包含低逸出功碱金属的半导体化合物。

根据本发明一个实施例的表面等离激元诱导的电子发射源，所述量子阱材料是不同组分的半导体材料形成的多层平面材料。