本實(shí)用新型涉及電子顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡。

背景技術(shù)：

光學(xué)顯微鏡作為一種常用的觀測(cè)設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)等各個(gè)科研及工業(yè)領(lǐng)域。光學(xué)顯微鏡觀測(cè)具有如下優(yōu)點(diǎn)：試樣制備簡(jiǎn)單方便，一般不需要進(jìn)行特殊處理；不需要高真空等嚴(yán)格的觀測(cè)條件；圖像直觀易懂。然而，由于光學(xué)觀測(cè)受到衍射極限的限制，光學(xué)顯微鏡的最高分辨率一般為半個(gè)波長(zhǎng)(約200nm)。因此，當(dāng)需要作更高分辨率的觀測(cè)時(shí)，需要借助電子顯微鏡等其它工具。

電子顯微鏡，如：掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)，掃描透射電子顯微鏡(STEM)在20世紀(jì)60年代獲得應(yīng)用，由于其使用被加速的高能電子作為觀測(cè)粒子，由德布羅意的物質(zhì)波理論，電子顯微鏡通常具有比光波更短的波長(zhǎng)，因此電子顯微鏡比光學(xué)顯微鏡擁有更高的分辨率。其中，SEM呈現(xiàn)的一般是樣品表面的形貌、成分等信息，不能對(duì)樣品的內(nèi)部信息進(jìn)行探測(cè)；TEM具有比SEM更高的分辨率，其所需要觀測(cè)的樣品為超薄的樣品(約100nm)；STEM具有SEM和TEM的綜合特點(diǎn)，其能夠觀測(cè)樣品內(nèi)部的信息，與TEM相比能夠適用于更厚的樣品(約1um)。因此，STEM經(jīng)常用于對(duì)各種材料(如：生物組織)薄片樣品進(jìn)行觀測(cè)。

通常情況下對(duì)同一樣品進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，需要借助不同的觀測(cè)方法，例如：通常使用光學(xué)顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè)，利用光學(xué)顯微鏡的直觀性尋找要觀察的目標(biāo)區(qū)域，然后再使用電子顯微鏡等高分辨率的儀器對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行更細(xì)致的觀測(cè)。然而，對(duì)樣品在不同儀器間進(jìn)行切換觀測(cè)時(shí)通常存在以下幾個(gè)問題：樣品需要在不同觀測(cè)儀器間進(jìn)行移動(dòng)，此過程有可能改變或損壞樣品；重新定位觀測(cè)目標(biāo)有困難，由于光學(xué)圖像與電子顯微鏡圖像存在差異，在電子顯微鏡中重新定位光學(xué)顯微鏡下的待觀測(cè)目標(biāo)有困難，如：對(duì)于熒光標(biāo)記的生物樣品，熒光標(biāo)記位置在光學(xué)顯微鏡下才容易觀察到，而在掃描電鏡下很難找到；無法實(shí)現(xiàn)快速切換或?qū)崟r(shí)同步觀測(cè)，對(duì)于某些樣品或特殊觀測(cè)需要難以滿足，如：觀測(cè)生物變化或化學(xué)變化的動(dòng)態(tài)過程等。由以上可知，需要一種能夠結(jié)合光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)的系統(tǒng)或裝置，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡的同步觀測(cè)或快速切換觀測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例期望提供一種具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)同步進(jìn)行，且可在光學(xué)觀測(cè)與STEM觀測(cè)之間快速切換。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型提供了一種具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡，包括：產(chǎn)生電子束的電子源、對(duì)所述電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦的電子光學(xué)鏡筒、位于所述電子光學(xué)鏡筒下方的真空腔室，所述真空腔室內(nèi)設(shè)有樣品載臺(tái)；以及位于所述真空腔室下方的光學(xué)成像及照明裝置；

所述真空腔室內(nèi)還包括：位于所述樣品載臺(tái)下方的、與定位裝置相連的可移動(dòng)臺(tái)，所述可移動(dòng)臺(tái)上設(shè)有光學(xué)鏡頭和第一電子探測(cè)器，所述定位裝置設(shè)置于所述真空腔室的內(nèi)壁上，控制所述可移動(dòng)臺(tái)在水平和豎直方向移動(dòng)；

所述真空腔室底部設(shè)有一可視窗口，用于所述光學(xué)鏡頭與所述光學(xué)成像及照明裝置進(jìn)行光路互連；所述電子光學(xué)鏡筒底部還設(shè)有第二電子探測(cè)器。

一個(gè)實(shí)施例中，

所述第一電子探測(cè)器為透射電子探測(cè)器；

所述第二電子探測(cè)器為：二次電子探測(cè)器、或背散射電子探測(cè)器、或氣體探測(cè)器。

可選的，所述可視窗口由透明薄膜材料組成。

可選的，所述透明薄膜材料為：二氧化硅、或氮化硅。

可選的，所述樣品載臺(tái)由位移裝置和設(shè)置于該位移裝置上的樣品載片組成，所述位移裝置用于在水平和豎直方向移動(dòng)；

所述樣品載片為一具有孔陣列的透明薄膜，所述孔的形狀包括但不限于：矩形、圓形。

一個(gè)實(shí)施例中，所述樣品載片由透明材料組成。

可選的，所述樣品載片的厚度量級(jí)為：百納米量級(jí)～百微米量級(jí)。

可選的，所述樣品載臺(tái)的上方還設(shè)有光學(xué)探測(cè)器，用于對(duì)透過樣品的光信號(hào)進(jìn)行接收成像。

可選的，所述光學(xué)探測(cè)器的形狀為環(huán)形。

可選的，所述光學(xué)探測(cè)器為：電荷耦合器件(CCD)、或功率計(jì)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡，包括：產(chǎn)生電子束的電子源、對(duì)電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦的電子光學(xué)鏡筒、位于電子光學(xué)鏡筒下方的真空腔室，真空腔室內(nèi)設(shè)有樣品載臺(tái)；以及位于真空腔室下方的光學(xué)成像及照明裝置；真空腔室內(nèi)還包括：位于樣品載臺(tái)下方的、與定位裝置相連的可移動(dòng)臺(tái)，可移動(dòng)臺(tái)上設(shè)有光學(xué)鏡頭和第一電子探測(cè)器，定位裝置設(shè)置于真空腔室的內(nèi)壁上，控制可移動(dòng)臺(tái)在水平和豎直方向移動(dòng)；真空腔室底部設(shè)有一可視窗口，用于光學(xué)鏡頭與光學(xué)成像及照明裝置進(jìn)行光路互連；電子光學(xué)鏡筒底部還設(shè)有第二電子探測(cè)器?？梢?，本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描透射電子顯微鏡可實(shí)現(xiàn)光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)同步進(jìn)行，也可實(shí)現(xiàn)光學(xué)觀測(cè)與STEM觀測(cè)的快速切換。所述切換觀測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式為：通過定位裝置控制可移動(dòng)臺(tái)的進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭或第一電子探測(cè)器到光學(xué)軸線上，由于調(diào)節(jié)定位裝置的操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，因此本實(shí)用新型可在光學(xué)觀測(cè)與STEM觀測(cè)之間實(shí)現(xiàn)快速切換。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡處于光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)同步進(jìn)行模式時(shí)的側(cè)面剖視圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡處于STEM觀測(cè)模式時(shí)的側(cè)面剖視圖；

圖3a為本實(shí)用新型實(shí)施例所述樣品載片的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為本實(shí)用新型實(shí)施例所述樣品載片的側(cè)視圖；

圖3c為本實(shí)用新型實(shí)施例所述樣品載片的俯視圖。

具體實(shí)施方式

由以上背景技術(shù)的討論可知，需要一種能夠結(jié)合光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)的系統(tǒng)或裝置，相關(guān)技術(shù)中提出了一些關(guān)于光學(xué)觀測(cè)與電子顯微鏡觀測(cè)相結(jié)合的方法，例如：可將光學(xué)顯微鏡放入SEM的真空樣品室中，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)與SEM的聯(lián)合探測(cè)；還有的將光學(xué)結(jié)構(gòu)(鏡頭等)全部或部分的放入SEM的真空樣品室中，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)同時(shí)進(jìn)行或切換。

本實(shí)用新型提供了一種具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡，如圖1所示，所述掃描透射電子顯微鏡100包括：產(chǎn)生電子束的電子源104、對(duì)所述電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦的電子光學(xué)鏡筒101、位于所述電子光學(xué)鏡筒下方的真空腔室102，所述真空腔室102內(nèi)設(shè)有樣品載臺(tái)；以及位于所述真空腔室102下方的光學(xué)成像及照明裝置103；

所述真空腔室102還包括：位于所述樣品載臺(tái)下方的、與定位裝置114相連的可移動(dòng)臺(tái)113，所述可移動(dòng)臺(tái)113上設(shè)有光學(xué)鏡頭112和第一電子探測(cè)器111，所述定位裝置114設(shè)置于所述真空腔室102的內(nèi)壁上，控制所述可移動(dòng)臺(tái)113在水平和豎直方向移動(dòng)；所述真空腔室102底部設(shè)有一可視窗口115，用于所述光學(xué)鏡頭112與所述光學(xué)成像及照明裝置103進(jìn)行光路互連；所述電子光學(xué)鏡筒101底部還設(shè)有第二電子探測(cè)器116。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，所述電子光學(xué)鏡筒101內(nèi)一電子束105從電子源104發(fā)出，在電子光學(xué)鏡筒101中經(jīng)偏轉(zhuǎn)裝置106和電磁透鏡107等元件的偏轉(zhuǎn)和會(huì)聚等作用，形成一極細(xì)的電子束，照射到真空腔室102中的樣品108上。樣品108裝載在樣品載臺(tái)上，所述樣品載臺(tái)由位移裝置110和設(shè)置于該位移裝置110上的樣品載片109組成，所述位移裝置110可在水平和豎直方向移動(dòng)(三維移動(dòng))。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述第一電子探測(cè)器111為透射電子探測(cè)器；與所述光學(xué)鏡頭112共同安裝在可移動(dòng)臺(tái)113上，所述定位裝置114控制所述可移動(dòng)臺(tái)113上的所述光學(xué)鏡頭112位于所述電子束所在的光軸方向(圖1中豎直虛線所示)上時(shí)，所述掃描透射電子顯微鏡用于同時(shí)進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)；所述定位裝置114控制所述可移動(dòng)臺(tái)113上的所述第一電子探測(cè)器111位于所述電子束所在的光軸方向上時(shí)，所述掃描透射電子顯微鏡用于STEM觀測(cè)。

這里，所述定位裝置114可通過位移臺(tái)或壓電平臺(tái)等實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述定位裝置114控制所述可移動(dòng)臺(tái)113上下移動(dòng)，用于所述光學(xué)鏡頭112的聚焦以及調(diào)節(jié)所述第一電子探測(cè)器111接收透射電子的角度。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述第二電子探測(cè)器可為：二次電子探測(cè)器、或背散射電子探測(cè)器、或氣體探測(cè)器。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，所述探測(cè)器的形狀可以是環(huán)形。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述可視窗口115由透明薄膜材料組成，例如：二氧化硅、或氮化硅等高強(qiáng)度透明材料，對(duì)光具有透明性，且又能夠承受真空腔室102內(nèi)外的壓強(qiáng)差。

本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述樣品載片109為一具有孔陣列的透明薄膜，如圖3a、3b、3c所示，所述孔的形狀包括但不限于：矩形、圓形等等。所述樣品載片109由透明材料組成，優(yōu)選氮化硅或二氧化硅薄膜。為了減小光學(xué)鏡頭的工作距離而適應(yīng)大倍數(shù)光學(xué)物鏡的觀測(cè)，所述樣品載片109的厚度量級(jí)為：百納米量級(jí)～百微米量級(jí)，即：樣品載片109的優(yōu)選厚度為幾百微米，更優(yōu)選厚度為幾十微米，最優(yōu)選厚度為幾微米或百納米。

本實(shí)用新型實(shí)施例所述具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡具備兩種工作模式，如圖1中所示為：光學(xué)觀測(cè)和SEM觀測(cè)同時(shí)進(jìn)行的模式，此時(shí)定位裝置114控制可移動(dòng)臺(tái)113進(jìn)行移動(dòng)，使得光學(xué)鏡頭112移動(dòng)到光學(xué)軸線上，控制位移裝置110對(duì)樣品進(jìn)行水平移動(dòng)尋找要觀測(cè)目標(biāo)，例如：利用光學(xué)成像(光學(xué)觀測(cè))尋找生物樣品中的熒光蛋白位置，隨后利用SEM觀測(cè)對(duì)要觀測(cè)的位置進(jìn)行更精確成像，即：使用電子光學(xué)鏡筒101下方的第二電子探測(cè)器116進(jìn)行信號(hào)采集。應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)光束(光學(xué)成像及照明裝置103發(fā)出)與電子束同時(shí)對(duì)樣品對(duì)焦的方法是：協(xié)同調(diào)節(jié)樣品和光學(xué)鏡頭112在豎直方向上的相對(duì)位置，同時(shí)調(diào)節(jié)電磁透鏡107對(duì)電子束的聚焦能力，使得電子束的焦點(diǎn)與光束的焦點(diǎn)同時(shí)重合于樣品上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了樣品的掃描電子顯微鏡成像與光學(xué)成像。

本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，如圖2中所示，所述具備光學(xué)成像功能的掃描透射電子顯微鏡處于STEM觀測(cè)模式，此時(shí)定位裝置114控制可移動(dòng)臺(tái)113的移動(dòng)，將第一電子探測(cè)器111移動(dòng)到光學(xué)軸線上，對(duì)透過樣品的電子220進(jìn)行接收，從而實(shí)現(xiàn)STEM成像，對(duì)樣品切換到STEM成像是在利用光學(xué)鏡頭112對(duì)樣品完成目標(biāo)尋找后實(shí)現(xiàn)的。另外，結(jié)合圖1、2所示，所述第二電子探測(cè)器116也可以對(duì)在樣品上表面出射的二次電子或背散射電子221進(jìn)行成像。

可見，本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描透射電子顯微鏡可實(shí)現(xiàn)光學(xué)觀測(cè)與SEM觀測(cè)同步進(jìn)行，也可實(shí)現(xiàn)光學(xué)觀測(cè)與STEM觀測(cè)的快速切換。所述切換觀測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式為：通過定位裝置114控制可移動(dòng)臺(tái)113進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭112或第一電子探測(cè)器111到光學(xué)軸線上，由于調(diào)節(jié)定位裝置114的操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，因此本實(shí)用新型可在光學(xué)觀測(cè)與STEM觀測(cè)之間實(shí)現(xiàn)快速切換。

可選的，本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述樣品載臺(tái)的上方還設(shè)有光學(xué)探測(cè)器117，對(duì)透過樣品的光信號(hào)進(jìn)行接收成像，所述光學(xué)探測(cè)器的形狀可選為環(huán)形。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，所述光學(xué)探測(cè)器可選為：CCD、或功率計(jì)等。

結(jié)合附圖1、2可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提出的光學(xué)觀測(cè)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種方式(必選觀測(cè)方式)為：同軸照明方式下的反射式觀測(cè)，即光學(xué)成像及照明裝置103中的光源(普通光源或激光器)發(fā)出的光從真空腔室102底部的可視窗口115透過對(duì)樣品進(jìn)行照明，同時(shí)使用光學(xué)成像及照明裝置103中的光學(xué)接收裝置(如：CCD)對(duì)反射回的光進(jìn)行接收成像；

第二種方式(可選觀測(cè)方式)為：光學(xué)成像及照明裝置103中的光源(普通光源或激光器)發(fā)出的光透過可視窗口115，再經(jīng)過光學(xué)鏡頭112匯聚到樣品上，由樣品上方的光學(xué)探測(cè)器117對(duì)透過樣品的光進(jìn)行接收成像或功率探測(cè)。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。