[發明專利]基于4D STEM圖像序列的三維重構方法和裝置

在審

• 申請號: 202211614713.8
• 申請日: 2022-12-13
• 公開（公告）號: CN115963129A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 張大梁;周金飛;韋妮旎;王雨嬌
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N23/20008
• 分類號: G01N23/20008;G06T17/00;G06T7/557;G06T5/00;G06T5/10;G01N23/20058;G01N23/2055;G01N23/207
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 馮亞娥;楊倩

本發明公開了基于4D?STEM圖像序列的三維重構方法和裝置，涉及電鏡三維重構技術領域。該方法具體實施方式包括：在掃描透射成像模式，對包含樣品的實空間進行會聚電子束掃描；收集設定范圍內的不同散焦深度的多組CBED圖像數據，N1：利用確定出的不同散焦深度的層間距、會聚電子束的會聚角和不同探針位置收集到的屬于同一散焦深度的CBED圖像數據，獲取不同散焦的圖層圖像；N2：利用不同散焦的圖層圖像構建樣品的當前三維結構，并對當前三維結構進行評估，在評估結果指示滿足預設收斂條件的情況下，確定當前三維結構為樣品三維結構；否則，調整散焦深度的層間距，并執行步驟N1。該實施方式有效地提高重構的三維結構的準確性。

技術領域

本發明涉及電鏡三維重構技術領域，尤其涉及一種基于4D?STEM圖像序列的三維重構方法和裝置。

背景技術

透射電子顯微鏡(TEM)三維重構技術(下述簡稱電鏡三維重構)是電子顯微術、電子衍射與計算機圖像處理相結合而形成的具有重要應用前景的一門新技術。其已成為器件比如電池、芯片等電組件和材料的三維結構表征的重要手段之一。

目前，電鏡三維重構主要是樣品在樣品桿上繞旋轉軸旋轉過程中，在樣品桿的不同傾角下，對樣品進行拍照得到一系列電鏡圖片，然后基于中心截面定理，對電鏡圖片進行圖像處理，得到三維結構的電子密度圖。

目前所使用的電鏡三維重構方式，由于樣品桿厚度的影響，需要控制樣品桿的旋轉角度在±70°范圍內，以保證拍攝電鏡圖片過程中樣品桿不會遮擋樣品，可引起丟失楔形邊緣的缺陷，導致三維結構重構誤差較大。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種基于4D?STEM圖像序列的三維重構方法和裝置，能夠通過樣品的不同散焦深度的多組逐點會聚束電子衍射(CBED)圖像數據，為樣品構建出三維結構，能夠避免楔形邊緣丟失，以有效的降低重構的三維結構的誤差，并提高重構的三維結構的準確性。

為實現上述目的，根據本發明實施例的一個方面，提供了一種基于4D?STEM圖像序列的三維重構方法，包括：

在掃描透射成像模式下，對包含樣品的實空間在多個探針位置進行會聚電子束掃描；

針對每一個所述探針位置，同步收集設定范圍內的不同散焦深度的多組逐點會聚束電子衍射(CBED)圖像數據，其中，所述樣品至少部分區域位于所述設定范圍內；

循環執行下述步驟N1和N2，直至得到滿足預設收斂條件的三維結構：

N1：利用確定出的不同散焦深度的層間距、會聚電子束的會聚角和不同探針位置收集到的屬于同一散焦深度的逐點CBED圖像數據，獲取不同散焦的圖層圖像；

N2：利用不同散焦的圖層圖像構建所述樣品的當前三維結構，并對所述當前三維結構進行評估，在評估結果指示所述當前三維結構滿足預設的收斂條件的情況下，確定所述當前三維結構為所述樣品的三維結構；否則，調整不同散焦深度的層間距，并執行步驟N1。

可選地，通過電子顯微鏡像素陣列探測器執行收取設定范圍內的不同散焦深度的多組逐點CBED圖像數據的步驟。

可選地，上述三維重構方法，還包括：

按照電子束掃描坐標，將在不同探針位置收集到的屬于同一散焦深度的逐點CBED圖像數據組成衍射盤圖像；

所述獲取不同散焦的圖層圖像，包括：

針對每一個所述散焦深度的衍射盤圖像，確定所述衍射盤圖像包括的像素圖像；

利用確定出的不同散焦深度的層間距、會聚電子束的會聚角和多個所述衍射盤圖像包括的像素圖像，計算所述衍射盤圖像所包含的像素圖像相對中心的位移量；

根據所述位移量，位移所述像素圖像；