阅读说明：本技术 一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统 (Parallel electron beam detection system based on nano electron source ) 是由 强鹏飞 盛立志 张雪晗 杨向辉 闫永清 刘哲 李林森 周晓红 赵宝升 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统,该系统是一种高效、高精度并行式电子束检测系统,能够提升电子束检测效率,改善电子束检测像差。该基于纳米电子源的并行式电子束检测系统包括依次设置的纳米阵列电子源、加速电极阵列、样品台、物镜、矫正镜及探测器；纳米阵列电子源基于场发射效应发射多束电子,加速电极阵列对纳米阵列电子源出射的多束电子分别进行加速,样品台接收多束电子并使多束电子穿透样品从而获得样品内部结构信息；多束透射电子束经物镜、矫正镜聚焦并矫正像差后在探测器呈现样品信息图像。(The invention provides a parallel electron beam detection system based on a nano electron source, which is an efficient and high-precision parallel electron beam detection system and can improve the electron beam detection efficiency and the electron beam detection aberration. The parallel electron beam detection system based on the nano electron source comprises a nano array electron source, an accelerating electrode array, a sample stage, an objective lens, a correcting lens and a detector which are arranged in sequence; the nano array electron source emits a plurality of beams of electrons based on a field emission effect, the accelerating electrode array respectively accelerates the plurality of beams of electrons emitted by the nano array electron source, and the sample stage receives the plurality of beams of electrons and enables the plurality of beams of electrons to penetrate through a sample so as to obtain the internal structure information of the sample; and the multi-beam transmission electron beam is focused by the objective lens and the correcting lens, and the image difference is corrected, so that a sample information image is presented on the detector.)

一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统

技术领域

本发明涉及电子束成像检测领域，具体涉及一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统。

背景技术

电子束检测在材料器件表征领域具有非常广阔的应用前景。一直以来，电子束检测存在电子束数目少、检测效率低等技术瓶颈，从而大幅度降低了受检材料、受检器件的检测速度。多年来，科学研究人员一直致力于研究高效电子束检测系统，通过增加电子束能量、束流均能在一定程度上提高了电子束检测效率，但同时会因为电子能量大、束流过强对受检材料、受检器件造成损伤，或者因电子库仑力增加而降低检测分辨率。

发明内容

为了提升电子束检测效率，改善电子束检测像差，本发明提供一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统，该系统是一种高效、高精度并行式电子束检测系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统，其包括依次设置的纳米阵列电子源、加速电极阵列、样品台、物镜、矫正镜及探测器；所述纳米阵列电子源基于场发射效应发射多束电子，加速电极阵列对纳米阵列电子源出射的多束电子分别进行加速，样品台接收多束电子并使多束电子穿透样品从而获得样品内部结构信息；多束透射电子束经物镜、矫正镜聚焦并矫正像差后在探测器呈现样品信息图像。

同时，本发明还提供另一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统，其包括纳米阵列电子源、加速电极阵列、第一电子光学单元、第二电子光学单元和探测器；所述第一电子光学单元包括第一物镜、第一矫正镜；所述第二电子光学单元包括第二物镜、第二矫正镜；所述纳米阵列电子源基于场发射效应发射多束电子，加速电极阵列对纳米阵列电子源出射的多束电子分别进行加速，加速后的多束电子经第一物镜、第一矫正镜聚焦并矫正像差后轰击待测器件表面，待测器件表面出射的二次电子经第二物镜、第二矫正镜聚焦并矫正像差后在探测器呈现样品信息图像。

进一步地，所述加速电极阵列与纳米阵列电子源结构对应，每束出射电子对应一个独立加速电极，使得电子束的飞行方向与纳米阵列电子源的光轴方向平行。

进一步地，所述纳米阵列电子源的材料为碳、氧化钨、氧化锌或氧化钛。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明系统是一种高效、高精度并行式电子束检测系统，纳米阵列电子源具有曲率半径小、电子发射率高等特点，加速电极阵列可实现不同位置电子源出射特性单独控制，而物镜与矫正镜实现电子聚焦的同时还矫正了电子光学像差，本发明系统在有效提高电子束检测效率的同时还解决了由于提高电子束束流、库仑力增大带入的分辨率降低问题，为材料表征、器件检测提供系统方案。

附图说明

图1为本发明并行式电子束检测系统实施例一的原理图；

图2为本发明并行式电子束检测系统实施例二的原理图。

附图标记：11-纳米阵列电子源，12-加速电极阵列，13-样品台，14-物镜，15-矫正镜，16-探测器，21-纳米阵列电子源，22-加速电极阵列，23-第一物镜，24-第一矫正镜，25-待测器件表面，26-第二物镜，27-第二矫正镜，28-探测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

为了提升电子束检测效率，改善电子束检测像差，本发明提供一种基于纳米电子源的并行式电子束检测系统。该并行式电子束系统在增大整体束流、提高检测效率的同时，减少了每一个单束的束流密度、进而减少束流内电子与电子间的排斥力对成像分辨率的影响，从而改善分辨率降低问题。

实施例一

如图1所示，本发明基于纳米电子源的并行式电子束检测系统包括依次设置的纳米阵列电子源11、加速电极阵列12、样品台13、物镜14、矫正镜15及探测器16等。纳米阵列电子源11基于场发射效应在加速电极牵引下发射多束电子，加速电极阵列12加速纳米阵列电子源11出射的多束电子至一定能量，样品台13接收多束电子并使电子穿透样品从而获得样品内部结构信息，物镜14与矫正镜15组成电子光学系统，将穿透样品后的电子聚焦并以固定缩放比成像至探测器16处。

本发明加速电极阵列12处于纳米阵列电子源11下方，加速电极阵列12与纳米阵列电子源11结构对应，每束出射电子对应一个独立加速电极，此种设置的优点在于此结构下电子束的飞行方向与光轴方向平行。样品台13处于加速电极阵列12下方，多束电子在穿透样品后，出射电子携带样品内部结构信息。物镜14、矫正镜15处于样品台13下方，组成一套电子光学单元，其作用是为透射电子束提供一定缩放比并减小成像像差。

本发明纳米阵列电子源11为阵列型纳米电子源，材料不限于碳、氧化钨、氧化锌及氧化钛等，在加速电极阵列12一定电位作用下，电子获得初动能加速飞行至样品台13，基于像差矫正理论，不同位置的纳米电子源初电位可能存在差异。纳米阵列电子源11出射的多束电子经加速电极阵列12后获得初能量，经样品台13样品透射后获得携带样品内部信息的电子束，透射电子束经物镜14、矫正镜15聚焦并矫正像差后在探测器16呈现样品信息图像。

实施例二

本发明电子束检测系统不局限于透射式成像系统，也可适用于基于二次电子发射系统的电子束检测系统，纳米阵列电子源21出射电子经加速极、经电子光学系统聚焦后轰击待测器件表面25，待测器件表面25出射二次电子经电子光学系统收集后在探测器28处成像。

如图2所示，本发明基于纳米电子源的并行式电子束检测系统包括纳米阵列电子源21、加速电极阵列22、第一电子光学单元、第二电子光学单元和探测器28；第一电子光学单元包括第一物镜23、第一矫正镜24；第二电子光学单元包括第二物镜26、第二矫正镜27；纳米阵列电子源21基于场发射效应发射多束电子，加速电极阵列22对纳米阵列电子源21出射的多束电子分别进行加速，加速后的多束电子经第一物镜23、第一矫正镜24聚焦并矫正像差后轰击待测器件表面25，待测器件表面25出射的二次电子经第二物镜26、第二矫正镜27聚焦并矫正像差后在探测器28呈现样品信息图像。

在此实施例中，加速电极阵列22与纳米阵列电子源21结构对应，每束出射电子对应一个独立加速电极，使得电子束的飞行方向与纳米阵列电子源21的光轴方向平行。纳米阵列电子源21的材料为碳、氧化钨、氧化锌或氧化钛。