CN113764246A - 一种显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显微镜，包括：电子光学镜筒，用于发射扫描电子束；样品台，用于放置样品；靶材，可移动的设置于所述电子光学镜筒和所述样品台之间；驱动机构，所述驱动机构驱动所述靶材在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述电子束作用于所述样品上的位置，所述第二位置为所述电子束作用于所述靶材上产生X射线照射于所述样品上的位置。本发明样品通过一次安装，完成扫描电子显微镜对样品的探测和纳米X射线显微镜对样品的探测的双功能探测。
Description
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，具体地说，涉及一种显微镜。
背景技术
扫描电子显微镜(SEM)，其利用聚焦的电子束来扫描样品,通过电子束与样品的相互作用,来激发各种物理信息,对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的，扫描电子显微镜在观察材料表面形貌领域应用广泛。
纳米X射线显微镜(Nano-CT)是用X射线束对样品某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，经过计算机处理后构成三维的CT图像。CT图像可体现样品的几何信息和结构信息等。前者包括样品的尺寸、体积和各点的空间坐标，后者包括样品的衰减值、密度和多孔性等材料学信息。
现有技术中，当同一件样品需要扫描电子显微镜(SEM)，又需要纳米X射线显微镜(Nano-CT)进行探测时，则需要将样品放置扫描电子显微镜中探测后，再将样品放置纳米X射线显微镜中探测，该过程探测效率慢，并且样品多次安装在相应的样品台上容易产生损坏的风险。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种显微镜，样品通过一次安装，完成扫描电子显微镜对样品的探测和纳米X射线显微镜对样品的探测的双功能探测。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种显微镜，包括：
电子光学镜筒，用于发射扫描电子束；
样品台，用于放置样品；
靶材，可移动的设置于所述电子光学镜筒和所述样品台之间；
驱动机构，所述驱动机构驱动所述靶材在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述电子束作用于所述样品上的位置，所述第二位置为所述电子束作用于所述靶材上产生X射线照射于所述样品上的位置。
进一步的，还包括第一偏转装置，所述第一偏转装置设置于所述电子光学镜筒与所述靶材之间，用于改变入射到所述靶材前的所述电子束的运动方向。
进一步的，还包括安装座，所述安装座上设置有至少一个安装位，每个所述安装位用于安装不同的所述靶材。
进一步的，所述第一偏转装置与所述安装座连接，所述安装座与所述驱动机构连接。
在一些可选的实施方式中，所述安装座设置有冷却管路，用于对所述靶材进行冷却。
在一些可选的实施方式中，所述样品台下方设置有X射线探测器。
在一些可选的实施方式中，所述电子光学镜筒下端连接有真空腔室，所述样品台位于所述真空腔室内，所述样品台设置于所述电子光学镜筒下方。
进一步的，所述真空腔室对应于所述样品台下方设置有真空窗。
进一步的，所述真空窗下方设置有X射线探测器。
在一些可选的实施方式中，所述样品台通过升降机构与所述真空腔室连接，用于带动所述样品台在所述真空腔室内升降运动。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提供的显微镜，通过在电子光学镜筒和样品台之间设置可移动的靶材，电子光学镜筒发射的扫描电子束可选择的直接作用于样品上，或者作用于靶材上产生X射线，生成的X射线照射于样品上。实现了样品一次安装，完成扫描电子显微镜对样品的探测和纳米X射线显微镜对样品的探测的双功能探测。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明提供的显微镜靶材位于第二位置的结构示意图；
图2是本发明提供的显微镜靶材位于第一位置的结构示意图。
图中：1、电子光学镜筒；101、电子源；102、第二偏转装置；103、物镜***；
2、安装座；3、驱动机构；4、冷却管路；5、真空腔室；6、第一偏转装置；7、靶材；8、样品；9、样品台；10、升降机构；11、X射线探测器；12、真空窗。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图2所示，本发明提供的一种显微镜，包括电子光学镜筒1、样品台9、靶材7、驱动机构3。
电子光学镜筒1用于发射扫描电子束，样品台9用于放置样品8，靶材7可移动的设置于电子光学镜筒1和样品台9之间，驱动机构3驱动靶材7在第一位置和第二位置移动，第一位置为电子束作用于样品8上的位置，第二位置为电子束作用于靶材7上产生X射线照射于样品8上的位置。
当驱动机构3驱动靶材7移动到第一位置时，电子光学镜筒1发射的扫描电子束能够直接作用于样品8上，实现了扫描电子显微镜对样品8的探测。
当驱动机构3驱动靶材7移动到第二位置时，电子光学镜筒1发射的扫描电子束能够作用于靶材7上产生X射线，产生的X射线照射于样品8上，样品台9下方设置有X射线探测器11。实现了纳米X射线显微镜对样品8的探测。由电子光学镜筒1发射的扫描电子束能够产生直径非常小的束斑，所以X射线显微镜达到纳米级。
通过在电子光学镜筒1和样品台9之间设置可移动的靶材7，电子光学镜筒1发射的扫描电子束可选择的直接作用于样品8上，或者作用于靶材7上产生X射线，产生X射线照射于样品8上。实现了样品8一次安装，完成扫描电子显微镜对样品8的探测和纳米X射线显微镜对样品8的探测的双功能探测。
需要说明的是，第一位置为电子光学镜筒1发射的扫描电子束作用不到靶材7上，但是能够作用于样品8上的位置，第二位置为电子光学镜筒1发射的扫描电子束能够作用到靶材7的位置。
具体的，电子光学镜筒1用于产生电子束，并将发射扫描电子束，电子光学镜筒1包括电子源101、电子加速结构、物镜***103。
电子源101用于产生发射电子束。电子加速结构为阳极，沿着电子束发射方向，用于形成一电场，增加电子束的运动速度。物镜***103用于控制电子源101所发出电子束的束流大小和电子束前进方向。
物镜***103包括物镜和第二偏转装置102，物镜可以为磁透镜、或者是电透镜、或者是电磁复合透镜。第二偏转装置102可以为磁偏转装置，或者是电偏转装置。第二偏转装置102用于改变电子源101发射出的电子束的运动方向，能够产生任意偏转方向的扫描场。
在一些可选的实施方式中，由于电子束作用于靶材7上产生X射线会产生热量，电子束长时间作用于靶材7上，作用点处会产生局部区域高温，容易对靶材7产生损耗，电子光学镜筒1包括第二偏转装置102，由于第二偏转装置102对电子束的作用可以改变电子束的运动方向，电子光学镜筒1会发出扫描电子束，电子束是扫描作用于靶材7上产生X射线，电子束作用于靶材7上的作用点不断变化，可以避免靶材7局部区域高温，增加靶材7的使用寿命。
电子源101所产生电子束的光轴为主光轴，入射到靶材7前的电子束与主光轴之间的夹角为入射角。
电子光学镜筒1包括物镜，物镜用于控制电子束的束流大小，为了保证电子束入射到靶材7上，产生更集中的X射线，要通过物镜聚焦电子束，使得电子束的束斑位置作用于靶材7。
由于第二偏转装置102设置于物镜前，在靶材7与电子光学镜筒1之间的距离不变的情况下，在保证电子束的束斑位置作用于靶材7的前提下，入射角的角度调整范围有限，如果入射角偏大，电子束的束斑的位置就会在靶材7的上方，这样会导致产生的X射线不集中，照射于样品8后，纳米X射线显微镜对样品8的成像像差大，不清楚。
为了克服上述问题，保证纳米X射线显微镜成像清楚，减少像差。本发明提供的显微镜还包括第一偏转装置6，第一偏转装置6设置于电子光学镜筒1与靶材7之间，用于改变入射到靶材7前的电子束的运动方向。第一偏转装置6可以为磁偏转装置，或者是电偏转装置。
电子光学镜筒1发出扫描电子束，经过第一偏转装置6，第一偏转装置6对扫描电子束运动方向进行改变后，入射到靶材7上。电子光学镜筒1发出扫描电子束入射到靶材7之前，经过第一偏转装置6对入射到靶材7之前的扫描电子束进行偏转调整，在保证电子束的束斑位置作用于靶材7的前提下，入射角的角度可以进行更大范围调整，扫描电子束可以以更大的入射角入射到靶材7上，便于对入射到靶材7之前的扫描电子束进行调整，确保产生的X射线集中，照射于样品8后，纳米X射线显微镜对样品8的成像清楚，可以减少像差。
在一些可选的实施方式中，本发明提供的显微镜还包括安装座2，安装座2上设置有至少一个安装位，每个安装位用于安装不同的靶材7。
靶材7安装于安装座2上，安装座2上设置有多个安装位，每一个安装位可以安装一个靶材7，多个安装位上可以安装不同厚度的靶材7，或者不同材质的靶材7，扫描电子束作用于不同厚度的靶材7，或者不同材质的靶材7，产生的X射线的立体角不同，X射线的强度不同，所以可以产生不同的X射线去照射样品8。
靶材7的选择是根据样品8的密度来决定的。如果被测样品8的密度较高，则要求X射线的硬度大，穿透物体的能力大，可选择原子序数高的元素作为靶材7。如果被测样品8的密度较低，内部组织较疏松，则要求X射线的硬度较小，穿透物体的能力较小，可选择原子序数较低的元素作为靶材7。
可选的靶材7有：金、钨、银、铑、铬、镍等原子序数较高的元素。
本领域技术人员可以根据实际需要，自行选择不同厚度或不同材质的靶材7安装到相应的安装位上，当需要哪个靶材7时，控制驱动机构3驱动需要的靶材7至第二位置，扫描电子束作用于需要的靶材7上会产生需要的X射线照射于样品8上。
进一步的，安装座2设置有冷却管路4，用于对靶材7进行冷却。
安装座2设置有冷却管路4，冷却管路4中通入冷却液，冷却管路4设置有进液口和出液口，冷却液由进液口进入，带走靶材7的热量从出液口流出，实现了对靶材7的散热，增加靶材7的使用寿命。
冷却液可以为水溶型冷却液，或者是乳化液，或者是油基等。优选的，冷却液为水。
在一些可选的实施方式中，第一偏转装置6与安装座2连接，安装座2与驱动机构3连接。
具体的，驱动机构3可以为伸缩杆机构，或者是液压杆机构，转动机构，或者是其它可实现带动安装座2移动或转动的机械结构。
第一偏转装置6设置在安装座2上，第一偏转装置6与安装座2连接，驱动机构3与安装座2连接，由于第一偏转装置6与安装座2连接在一起，驱动机构3驱动安装座2移动时，同时带动第一偏转装置6一起移动，实现驱动机构3同时驱动安装座2和第一偏转装置6移动。
可选的，本实施方式可以包括两个驱动机构3，第一驱动机构与安装座2连接，第一驱动机构单独驱动安装座2的移动，第二驱动机构与第一偏转装置6连接，第二驱动机构单独驱动第一偏转装置6的移动。
可选的，第一偏转装置6设置在安装座2上，第一偏转装置6与安装座2连接，驱动机构3与第一偏转装置6连接，由于第一偏转装置6与安装座2连接在一起，驱动机构3驱动第一偏转装置6移动时，同时带动安装座2一起移动，实现驱动机构3同时驱动安装座2和第一偏转装置6移动。
如图1至图2所示，本发明提供的一种显微镜，由上至下依次包括电子光学镜筒1，电子光学镜筒1下端连接有真空腔室5，样品台9位于真空腔室5内，样品台9设置于电子光学镜筒1下方。位于真空腔室5内，电子光学镜筒1与样品台9之间依次设置第一偏转装置6和安装座2，安装座2上安装有靶材7，第一偏转装置6与安装座2连接，驱动机构3与安装座2连接，驱动机构3同时驱动安装座2和第一偏转装置6移动，从而带动靶材7在第一位置和第二位置移动。真空腔室5对应于样品台9下方设置有真空窗12。真空窗12下方设置有X射线探测器11。样品台9通过升降机构10与真空腔室5连接，用于带动样品台9在真空腔室5内升降运动。
如图1所示，当驱动机构3驱动第一偏转装置6与安装座2，从而带动靶材7移动到第二位置时，实现纳米X射线显微镜对样品8的探测的功能。
具体的，电子源101产生的电子束经电子加速结构后，增加运动速度。经电子加速结构加速的电子束，经物镜***103聚焦和改变运动方向后向下方运动，电子光学镜筒1发出扫描电子束，经过第一偏转装置6，第一偏转装置6对扫描电子束运动方向进行改变后，入射到靶材7上。在保证电子束的束斑位置作用于靶材7的前提下，第一偏转装置6可以大范围调整扫描电子束入射到靶材7上的入射角。电子束是扫描作用于靶材7上产生X射线，电子束作用于靶材7上的作用点不断变化，可以避免靶材7局部区域高温，增加靶材7的使用寿命。
可选的，安装座2设置有冷却管路4，冷却管路4中通入冷却液，冷却管路4设置有进液口和出液口，冷却液由进液口进入，带走靶材7的热量从出液口流出，实现了对靶材7的散热，增加靶材7的使用寿命。
扫描电子束作用于靶材7上产生的X射线照射于放置在样品台9上的样品8上，样品台9为镂空结构，满足支撑样品8放置在样品台9上，还要满足X射线的透射，优选的，样品台9的材质采用铝，或者是镁等原子序数低的金属。
可选的，X射线探测器11可以设置在真空腔室5内，设置在样品台9下方。
或者可选的，真空腔室5对应于样品台9下方设置有真空窗12。真空窗12下方设置有X射线探测器11。真空窗12可以采用铍窗或者是玻璃窗。
由电子光学镜筒1发射的扫描电子束能够产生直径非常小的束斑，所以X射线显微镜达到纳米级。实现了纳米X射线显微镜对样品8的探测。
如图2所示，当驱动机构3驱动第一偏转装置6与安装座2，从而带动靶材7移动到第一位置时，实现扫描电子显微镜对样品8的探测的功能。
具体的，电子源101产生的电子束经电子加速结构后，增加运动速度。经电子加速结构加速的电子束，经物镜***103聚焦和改变运动方向后向下方运动，电子光学镜筒1发出的扫描电子束作用于样品8上。电子束作用于样品8上，产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、阴极荧光5和X射线等。通过相应的电子探测器，或者是光子探测器进行探测，实现扫描电子显微镜对样品8的探测的功能。
可选的，样品台9通过升降机构10与真空腔室5连接，用于带动样品台9在真空腔室5内升降运动。
为了扫描电子显微镜能够保持较高的分辨率，保证扫描电子显微镜功能的成像效果。升降机构10可以带动样品台9在真空腔室5内升降运动。从而带动放置在样品台9上的样品8在真空腔室5内升降运动。从而可以控制样品8与电子光学镜筒1的距离，即控制扫描电子显微镜的工作距离。
详细的，升降机构10可以是伸缩杆机构，或者是液压杆机构，或者是其它可实现带动样品台9升降的机械结构。
本发明提供的显微镜，通过在电子光学镜筒1和样品台9之间设置可移动的靶材7，电子光学镜筒1发射的扫描电子束可选择的直接作用于样品8上，或者作用于靶材7上产生X射线，产生X射线照射于样品8上。实现了样品8一次安装，完成扫描电子显微镜对样品8的探测和纳米X射线显微镜对样品8的探测的双功能探测。并且电子束是扫描作用于靶材7上产生X射线，电子束作用于靶材7上的作用点不断变化，可以避免靶材7局部区域高温，增加靶材7的使用寿命。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种显微镜，其特征在于：包括：
电子光学镜筒，用于发射扫描电子束；
样品台，用于放置样品；
靶材，可移动的设置于所述电子光学镜筒和所述样品台之间；
驱动机构，所述驱动机构驱动所述靶材在第一位置和第二位置移动，所述第一位置为所述电子束作用于所述样品上的位置，所述第二位置为所述电子束作用于所述靶材上产生X射线照射于所述样品上的位置。
2.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于：还包括第一偏转装置，所述第一偏转装置设置于所述电子光学镜筒与所述靶材之间，用于改变入射到所述靶材前的所述电子束的运动方向。
3.根据权利要求2所述的显微镜，其特征在于：还包括安装座，所述安装座上设置有至少一个安装位，每个所述安装位用于安装不同的所述靶材。
4.根据权利要求3所述的显微镜，其特征在于：所述第一偏转装置与所述安装座连接，所述安装座与所述驱动机构连接。
5.根据权利要求3所述的显微镜，其特征在于：所述安装座设置有冷却管路，用于对所述靶材进行冷却。
6.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于：所述样品台下方设置有X射线探测器。
7.根据权利要求1-5任一项所述的显微镜，其特征在于：所述电子光学镜筒下端连接有真空腔室，所述样品台位于所述真空腔室内，所述样品台设置于所述电子光学镜筒下方。
8.根据权利要求7所述的显微镜，其特征在于：所述真空腔室对应于所述样品台下方设置有真空窗。
9.根据权利要求8所述的显微镜，其特征在于：所述真空窗下方设置有X射线探测器。
10.根据权利要求7所述的显微镜，其特征在于：所述样品台通过升降机构与所述真空腔室连接，用于带动所述样品台在所述真空腔室内升降运动。
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