[發明專利]一種平插式的電子探頭及探測方法

在審

• 申請號: 202011281334.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112378937A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 黃天林;黃小愉;吳桂林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N23/203
• 分類號: G01N23/203;G01N23/205;G01N23/20058;G01N23/20025
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明公開了一種平插式的電子探頭，涉及電子顯微成像技術、金屬材料晶體學表征技術領域，使其具有更高的空間分辨率，同時支持樣品的大范圍移動，以及能夠直接獲取背散射電子圖像；提高大尺寸樣品的適用性、以及與ECCI技術聯合使用的便利性，具體方案為：包括電子槍、傳輸通道、樣品室、信號讀取裝置和信號接收裝置，電子槍用于發射電子束，電子束通過傳輸通道進入至樣品室，樣品室內設有樣品臺，樣品臺用于放置樣品，電子束照射到樣品并進行背散射，信號讀取裝置用于接收經樣品臺背散射的電子束，信號讀取裝置為CCD相機，CCD相機與信號接收裝置數據連接。本發明提供的一種平插式的電子探頭空間分辨率高，直插式的EBSD探頭工作距離更小。

技術領域

本發明涉及電子顯微成像技術、金屬材料晶體學表征技術領域，更具體地說，它涉及一種平插式的電子探頭及探測方法。

背景技術

電子背散射衍射技術(Electron backscatter diffraction,EBSD)自20世紀90年代發明以來，在微觀組織表征領域(如相鑒定和相分布、晶界特征、晶粒形態、微區織構分析等)取得了很大的發展，目前已經廣泛應用。在傳統的EBSD測試系統中，采用電子束與樣品表面成70°夾角，圓筒狀的探頭從側方伸入接收背散射電子信號的模式，這種模式可以獲得很好的菊池花樣信號，但存在以下問題：

1)較差的空間分辨率

傳統的EBSD工作模式下，工作距離較大，一般在10～15mm左右，很難將電子束聚焦到最小的尺寸，空間分辨率不高。同時，由于樣品表面法向與電子束成70°夾角，圓形的束斑被拉長成了橢圓，在一個方向上的空間分辨率下降3倍；

2)較小的樣品移動范圍

在傳統的EBSD工作模式下，為了獲得好的菊池花樣質量，EBSD探頭通常離樣品距離很近。如果為了作大尺寸范圍內EBSD掃描而采取樣品臺移動模式，很容易撞到探頭。因此，在這種工作模式下無法進行大尺寸樣品的EBSD表征；

3)不容易與背散射電子像相關聯

在EBSD測試中，常常需要先對樣品整體進行快速的電子背散射像(BSE)掃描，然后決定對哪塊區域進行EBSD掃描，以提高EBSD的使用效率。為此，傳統的EBSD廠商在探頭前部安裝了輔助的前置背散射探頭(FSB)，但圖像質量很差。另外，最新的研究表明，在EBSD探頭的配合下，利用傳統的BSE探頭，可以利用電子通道襯度像(ECCI)得到清晰的位錯結構信息，這將大大推進掃描電鏡對晶體材料結構表征的應用水平。但是，EBSD探頭和BSE探頭的切換，需要樣品作大范圍的傾轉，使用起來極不方便，對于小晶粒尺寸的樣品，樣品區域的定位也存在較大的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種平插式的電子探頭，使其具有更高的空間分辨率，同時支持樣品的大范圍移動，以及能夠直接獲取背散射電子圖像；提高大尺寸樣品的適用性、以及與ECCI技術聯合使用的便利性。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種平插式的電子探頭，包括電子槍、傳輸通道、樣品室、信號讀取裝置和信號接收裝置，電子槍用于發射電子束，電子束通過傳輸通道進入至樣品室，樣品室內設有樣品臺，樣品臺用于放置樣品，電子束照射到樣品并進行背散射，信號讀取裝置用于接收經樣品臺背散射的電子束，信號讀取裝置為CCD相機，CCD相機與信號接收裝置數據連接。

作為一種優選方案，CCD相機沿傳輸通道外圍環形設置。

作為一種優選方案，CCD相機鏡頭平面與樣品表面平面相互平行。

作為一種優選方案，傳輸通道內設有聚光鏡頭和散光像差補償器；電子槍位于傳輸通道入口處，入口處還設有陽極、對準線圈和會聚光圈；傳輸通道出口處還設有偏轉線圈。

一種平插式的電子探頭的探測方法，基于上述的平插式的電子探頭，包括以下步驟：