显微镜的反光镜工业扫描电子显微镜的新突破

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     作者：费宗廉、何伟、李帅、张德宝电子显微镜（TEM）作为微观世界所能见到的仪器，近20年来其性能逐渐提高，但仍有从0到1的创新空间。在中国新产业发展中发挥着重要作用。
    
     简要介绍了新型工业扫描电子显微镜（SEM）的性能指标、功能特点及典型应用实例。重点阐述了从总体设计到关键部件、从指导思想到制造水平的创新。
    
     超高速、高分辨率和适用性是现代电子显微学的三大要素，国内工业SEM的成像速率达到单通道100M像素／秒，双电子（SE）和背散射电子（BSE）同步成像可以达到2x100M像素／秒。可加工性为2x200帧sec@512x512，或2x60帧sec@1024x1024，是视频高清成像的两倍，电子显微镜不仅能够在1.2秒的范围内产生高清晰图像，还能够观察和捕获样品的动态变化。
    
     图1显示了在相同条件下由两个具有相同背散射信号(BSE)的电子显微镜产生的图像，着重于成像速度的比较。在两者都能够观察到生物组织的清晰图像的情况下，右图像是众所周知的。设计品牌扫描电子显微镜图像，采集8000像素X6000像素超高清晰度图像，成像时间43500MS（890NS像素），光束1.5nA。显微镜。成像速度为412MS（6.13ns/像素），束流为1.5nA。
    
     工业SEM的示意图如图2所示。实现高通量成像的前提来自源枪。高亮度和高发射电流密度是向样品发射足够多初始电子的主要保证。SE和BSE的产率很高，肖特基热场发射枪比钨丝或六硼化镧热发射枪具有更好的性能和更高的稳定性，束流为50pA-300nA。
    
     扫描电子显微镜内的光电系统由两部分组成，上部为电子枪，下部为电子束管，加速电压为-10kV，电子速度高，精炼短直透镜管有利于提高光电效率。TRON穿透并减少了电子互斥的方式。
    
     采样台和焦点跟踪系统配合大视场观察样品，自动准确移动样品，实时调整电子光学聚焦，实现自动图像观察。特征部分
    
     电镜中的每个部件是相互独立的，同时又制约着整体的平衡。
    
     探测器的优化设计是一个关键环节，保证探测器在单位时间内收集尽可能多的电子是实现高吞吐量的前提。
    
     首先，探测器的位置非常特殊。参考图2，SE和BSE探测器都安装在光管的中心轴上，SE探测器位于上面。BSE探测器位于样品台附近。高角度回波信号具有很高的接收效率。CY并不会影响物镜的工作距离。
    
     其次，不同类型的检测器有着本质的区别，国产电子显微镜的专利半导体探测器是一种有价值的器件，它具有较高的增益，加上优良的信噪比和带宽50MHz。SE探测器和BSE探测器采集电子和采集数据，可分别进行综合成像。双层同轴BSE和SE探测器具有相同的增益和速度，并且两个信号是同步的。
    
     传统的探测器由闪烁体、导光管和光电倍增管组成，当信号电子进入闪烁体时，会产生电离现象。当离子与自由电子结合时，产生可见光。光子沿着光电阴极传输到光电倍增管进行放大，然后转换成电流信号，再由视频放大成调制信号。虽然增益很高，但信噪比很高。比值较低，一般带宽约为10MHz。
    
     第三、探测器扫描放大调制电路是非常重要的，二极管探测器直接连接前置放大器和主放大器，探测器电路负责放大电子信号，控制噪声比，产生扫描波形信号。图像采集卡由图像采集卡完成。由电子显微镜配置的图像存储和处理服务器完成了对海量数据的智能识别管理。
    
     脑干听觉诱发电位（BSE）信号成像因其良好的对比度而受到生物神经学家的青睐。在1 kV能量下获得了电视电平的3倍的成像率。
    
     复合聚焦偏转系统是新型工业电子显微镜的亮点，偏转器起偏转电子束的作用，多个偏转器形成一个纵向排列在物镜内壁的群。设计成与物镜的聚焦场重叠，形成物镜的偏转器和复合聚焦偏转系统。
    
     在两场耦合设计独特的情况下，偏转器组可以达到与摆动目标场或运动目标场等效的效果，场边像差小，不需要动态校正，线性度高，聚焦性能好，没有场曲线。物镜的偏转系统可以提高大扫描场条件下的场边分辨率，实现大视场的高质量观测。扫描电镜下，清晰的图像区域被放大了几倍。
    
     由浸没磁透镜和减速电透镜组成的电磁复合物镜带来了意想不到的应用效果，能够有效地提高高低能条件下的观测分辨率。短焦浸没透镜产生的tic场。初始电子离开电子光学管后，在物镜和样品之间减速。通过对静电场进行减速而形成的静电透镜避免了能量低时分辨率的减弱，从而提高了电子光学系统在低落能量下的像差，保证了分辨率。
    
     低滴能量高通量扫描电子束显微镜适合于观察包括生物物种在内的非导电样品。工业电子显微镜(IEM)具有独特的探测器系统，用于有效收集BSE和SE信号电子，从而保证在lo处的分辨率。因此，可以实现比电视水平高几倍的快速扫描电子束成像。
    
     高通量扫描电子显微镜适合于创建大规模场发射电子显微镜集群成像环境和高通量纳米级神经结构重建技术平台。自动收集多达2-8TB数据，并可生成类似于Google Maps的全景样本，用于大脑神经的大规模三维映射。
    
     在OLED平板显示器上制备碳纳米管的过程中，高通量电子显微镜（HFEM）可以用于大面积的显微成像，如表面涂层检测、薄膜生长均匀性检测和分析，以及大规模的平板材料工艺检测。传统的显微镜只能看到样本的局部点，而高通量的扫描电子显微镜能够实现无缝的大规模视频拼接，并能够实现所有地图信息的大数据存储和大数据分析，这很有帮助。改进制造工艺。
    
     材料史发展三部曲体现了科学创新的前沿。过去，材料大多是在实验室里偶然发现的。近年来，流行材料的基因组缩短了开发周期。今天，人工智能基于理论物理学预测新材料。这些材料与大数据密不可分，必须由科学仪器进行验证。
    
     高通量实验可以为材料模拟提供大量的基础数据，丰富材料数据库，优化计算模型，直接加速材料的选择和创新。
    
     随着自动化程度的提高，高通量扫描电子显微镜（SEM）越来越受到研究者和工业界的关注，定制化电子显微镜具有广阔的应用前景。
    
     一言为妙，小见功夫。甚至微米和纳米枪尖直径和孔径的尺寸技术都与整体性能有关，需要反复验证和测试。每一次创新都是设计者沉浸在创新中的结果。坚持不懈。NCE，国内工业扫描电子显微镜有望成为从中国到中国创造的一个例子。
    
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