用于tem的改進(jìn)相位板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及供電子顯微鏡中使用的相位板，更具體來說涉及澤爾尼克類型相位板。這種相位板包括中心孔以及引起經(jīng)過所述膜的電子的相移的薄膜。這個相移使CTF從正弦狀函數(shù)改變成余弦狀函數(shù)。這個現(xiàn)有技術(shù)類型相位板的一個缺點(diǎn)在于，許多電子通過相位板從射束散射。這個現(xiàn)有技術(shù)相位板的另一個缺點(diǎn)在于，對于其中余弦狀函數(shù)呈現(xiàn)最小數(shù)的頻率范圍，相位板的使用實(shí)際上使CTF降級，因?yàn)檎覡詈瘮?shù)呈現(xiàn)最大數(shù)。因此，按照本發(fā)明的相位板配備有采取由薄得多的膜(30)所承載的環(huán)帶(32)形式的膜。因此，僅在小空間頻率范圍(對于低頻率)，改變相位(并且因此改變CTF)，以及對于其它空間頻率，相移是可忽略的，并且因而CTF300保持不變。由于承載膜30的小得多的厚度，散射也是可忽略的。
【專利說明】用于TEM的改進(jìn)相位板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電子顯微鏡的相位板，顯微鏡生成電子束，所述電子束經(jīng)過樣本，電子束在經(jīng)過樣本之后分成非衍射射束和衍射射束，樣本在非衍射和衍射射束進(jìn)行干涉以形成圖像的圖像平面中成像，相位板放置在其中聚焦非衍射和衍射射束的平面中，該相位板包括:
-中心區(qū)域，工作中的所述中心區(qū)域引起第一相移，
-第一薄膜，圍繞并且毗接中心區(qū)域，工作中的所述第一薄膜引起與第一相移不同的第二相移，
-支架結(jié)構(gòu)，圍繞第一薄膜，以用于支撐相位板，
第一相移與第二相移之間的差引起對于空間頻率范圍的圖像的對比度的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]這種相位板從K.Nagayama 等人的 “Phase Contrast Enhancement with PhasePlates in Biological Electron Microscopy，，(Microscopy Today,卷 18,第 4號，2010年7月，第10-13頁,又稱作Nagayama [_1_])已知，并且又稱作澤爾尼克相位板。
[0003]在透射電子顯微鏡(TEM)中，通過使可選擇能量例如在40 keV與400 keV之間的高能電子束經(jīng)過樣本，來對樣本進(jìn)行成像。對于所謂的弱相位樣本、例如生物樣本，大多數(shù)電子經(jīng)過樣本，而部分電子彈性地或者無彈性地散射，彈性散射的電子形成衍射射束。通過彈性散射和非散射電子(衍射和非衍射射束)的干涉，來形成圖像。
[0004]出現(xiàn)如下問題:對于圖像中的低空間頻率，對比傳遞函數(shù)(CTF)為零或接近零，從而引起大物體/結(jié)構(gòu)的低可見度。這通過如下事實(shí)而引起:在圖像平面的照相裝置或熒光屏對強(qiáng)度變化敏感，而對碰撞電子束的相位變化不敏感。
[0005]對此的一個解決方案是使用相位板，該相位板引入衍射射束與非衍射射束之間的相位差。存在兩種主要類型的相位板:所謂的澤爾尼克相位板使非衍射射束保持不變，并且引起衍射射束的相移，而所謂的波爾希相位板使非衍射射束偏移，同時使衍射射束保持不變。
[0006]通過相位板引入相位差將CTF的正弦狀行為改為余弦狀行為，并且因而改變低空間頻率的最大對比度。
[0007]這里所述的本發(fā)明涉及如Nagayama [_1_]、更具體來說在其圖5中所述的澤爾尼克相位板。該相位板定位在物鏡的衍射平面，又稱作這個透鏡的后焦平面。在這個平面中，將碰撞到樣本上的平行射束以及源于樣本的平行衍射射束聚焦到點(diǎn)中。這個平面中的中心點(diǎn)經(jīng)過相位板中的中心通孔，并且因而沒有遇到相移。通過該孔外部的電子經(jīng)過薄片，并且經(jīng)歷優(yōu)選的/2的相移0。非衍射和衍射射束的干涉這時引起強(qiáng)度調(diào)制而不是相位調(diào)制。
[0008]要注意，所述的相位板安裝在TEM的衍射平面中，但是相位板能夠安裝在作為其圖像平面的衍射平面下游的任何平面中。[0009]還要注意,相位板能夠是如Nagayama [_1_]、圖5所示的涂層相位板,但是那個涂層不是必不可少的:只要電子經(jīng)過充分材料以經(jīng)歷相對經(jīng)過中心區(qū)域或通孔的電子的相移，則在強(qiáng)度調(diào)制中轉(zhuǎn)化相位調(diào)制。
[0010]還要注意，雖然-JI/2的相移Cj5是優(yōu)選的，但是對于其它相移，相位調(diào)制至少部分在強(qiáng)度調(diào)制中轉(zhuǎn)化。
[0011]已知相位板的一個問題在于，經(jīng)過薄片的電子的一部分通過薄片來散射，并且不會有助于樣本的圖像平面中的圖像形成。這在例如E.Majorovits等人的“Optimizingphase contrast in transmission electron microscopy with an electrostatic(Boersch) phase plate” (Ultramicroscopy 卷 107 (2007),第 213-226 頁，又稱作Majorowits [_2_])提到。在第215頁左列，它提到波爾希類型相位板優(yōu)于澤爾尼克類型相位板的一個優(yōu)點(diǎn):“波爾希相位板的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的:沒有將進(jìn)一步電子散射引入射束通路中，這避免可能的污染問題和附加無彈性或多個散射。高分辨率信息不受影響，并且以其全信號強(qiáng)度在相位對比圖像中傳遞?！?br> 另一個問題在于，盡管在另一個空間頻率，CTF呈現(xiàn)零值，并且因而空間頻帶具有低對比度，從而引起具有對應(yīng)尺寸的物體/結(jié)構(gòu)的低可見度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明旨在至少為這些問題的一個或兩者提供部分解決方案。
[0013]為此，按照本發(fā)明的相位板的特征在于，在第一薄膜與支架結(jié)構(gòu)之間，至少一個另一薄膜存在，工作中的所述另一薄膜引起與第二相移不同的另一相移，與另一相移等于第二相移的情況相比，對于空間頻率的另一范圍而言第一相移與另一相移之間的差引起圖像的對比度的改進(jìn)。
[0014]本發(fā)明基于如下認(rèn)識:對于與低空間頻率對應(yīng)的CTF的第一部分，有利的是引入大約-Ji /2的相移，因而將CTF從正弦狀行為改變成余弦狀行為，但是當(dāng)對于較高空間頻率、所產(chǎn)生的ctf的絕對值IctfI小于沒有相位板所取得的I ctf I時，在沒有這個相移的情況下進(jìn)行是更好的。
[0015]要注意，CTF能夠?qū)懽?br> 【權(quán)利要求】
1.一種適合于電子顯微鏡(100)的相位板(118)，所述顯微鏡適合生成電子束，工作中的所述電子束經(jīng)過樣本(108)，工作中的所述電子束在經(jīng)過所述樣本之后分成非衍射射束和衍射射束，工作中的所述樣本在工作中的所述非衍射和所述衍射射束進(jìn)行干涉以形成圖像的圖像平面中成像，所述相位板放置在其中聚焦工作中的所述非衍射和所述衍射射束的平面中，所述相位板包括: -中心區(qū)域(26)，工作中的所述中心區(qū)域引起第一相移， -第一薄膜(32)，圍繞并且 毗接所述中心區(qū)域，工作中的所述第一薄膜引起與所述第一相移不同的第二相移， 支架結(jié)構(gòu)(20)，圍繞所述第一薄膜，適合于支撐所述相位板，工作中的第一相移與第二相移之間的差對于空間頻率范圍引起所述圖像的對比度的改進(jìn)， 其特征在于 -所述第一薄膜(32)和另一薄膜(30)形成為同心環(huán)帶，形成所述另一薄膜的所述環(huán)帶圍繞并且毗接形成所述第一薄膜的所述環(huán)帶，所述環(huán)帶的中心與所述中心區(qū)域的中部重I=I， -在所述第一薄膜(32)與所述支架結(jié)構(gòu)(20)之間，存在至少一個另一薄膜(30)，工作中的所述另一薄膜引起與所述第二相移不同的另一相移，與所述另一相移等于所述第二相移的情況相比，工作中對于空間頻率的另一范圍的第一相移與另一相移之間的差引起所述圖像的所述對比度的改進(jìn)。
2.如權(quán)利要求1所述的相位板，其中，所述中心區(qū)域(26)是通孔，以及所述第一相移因而等于零。
3.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，工作中的所述第一薄膜(32)引起相移，使得對應(yīng)頻率范圍的對比傳遞函數(shù)(300)的絕對值IctfI從最大可得ctf(208)的最多0.5的值改變成最大可得CTF的至少0.5的值，更具體來說從最大可得CTF的小于0.7的值改變成最大可得CTF的至少0.7的值。
4.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，工作中的所述另一薄膜(30)引起相移，使得在空間頻率的所述另一范圍中，對應(yīng)頻率范圍的IctfI從最大可得ctf的最多0.5的值改變成最大可得CTF的至少0.5的值，更具體來說從最大可得CTF的小于0.7的值改變成最大可得CTF的至少0.7的值。
5.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，所述另一薄層(30)是石墨烯層或石墨烯雙層。
6.如權(quán)利要求1或2所述的相位板，其中，所述薄膜(32，30)的至少一個的厚度作為離所述中心的距離的函數(shù)按照如下方式來調(diào)節(jié):使得在工作中，IctfI的所產(chǎn)生絕對值對于對應(yīng)頻率范圍為高于最大可得CTF的0.5，更具體來說大于最大可得CTF的0.7，再具體來說大于最大可得CTF的0.9。
7.如權(quán)利要求6所述的相位板，其中，工作中的所述CTF(300)對于與所述第一薄膜(32)的外緣和所述另一薄膜(30)的內(nèi)緣對應(yīng)的頻率(302)沒有改變符號。
8.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，所述第一薄膜(32)和所述另一薄膜(30)呈現(xiàn)厚度差，因此在工作中，所述第一薄膜和所述另一薄膜所引起的相移有所不同。
9.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，所述第一薄膜(32)和所述另一薄膜(30)呈現(xiàn)具有不同平均內(nèi)電位的材料，因此在工作中，所述第一薄膜和所述另一薄膜所引起的相移有所不同。
10.如權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的相位板，其中，所述另一薄膜呈現(xiàn)開口(52)，所述第一薄層(32)通過劃分所 述開口的輻條(50)連接到所述支架結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01J37/22GK103560067SQ201310194422
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月23日
【發(fā)明者】B.布伊塞 申請人:Fei公司