发布时间:2024-09-26 15:15:29 人气: 来源:
单束扫描电镜的高通量限制
SEM图像中的信噪比取决于束流、像素停留时间、样品对比度和检测效率。信噪比必须大于最小信噪比,才能使数据集中的特征(即信号)在背景噪声中足够清晰可见。
如果我们想通过减少像素停留时间来提高吞吐量,那么在所有其他参数不变的情况下,就必须增加束流以保持信噪比。增加束流会导致电子之间的库仑相互作用增加,从而模糊电子束,降低分辨率。
此外,由于不同能量的电子到达探测器的时间不同,我们无法以任意高的速率忠实地操作电子探测器,从而限制了探测器的有效带宽。高效二次电子(SE)探测器带宽的另一个限制是由信号衰减时间决定的,例如闪烁体的信号衰减时间。
利用多电子束方法来规避单束限制
目前,蔡司扫描电镜的多束SEM在单列中使用61束电子束,每束电子束使用一个专用检测器,以缓解库仑相互作用的限制,并绕过检测器带宽限制。其工作原理如图1所示:多束电子源产生一个规则的电子束阵列,这些电子束成像到样品上,形成一个由 61个主电子焦点组成的图案。主电子束阵列呈六边形排列,以尽量减少电子光学像差。从每个入射电子焦点发出的二次电子(SEs)被成像到一个多探测器上,每个电子束有一个检测单元。磁扇形场将入射电子束和SE束分开。
电子束在样品上扫描,与传统的SEM一样,在每个扫描位置记录SE信号。因此,一次扫描可产生多幅并行图像,从而生成主电子束阵列下样品区域的完整图像。目前已经有许多产生电子束阵列的方案(Platzgummer,2013)。此外,使用多束SEM进行成像的可靠性也已得到证实(Mohammadi-Gheidari,2010;Enyama,2014)。
多束SEM的探测器总带宽是单个探测器带宽乘以电子束数量,在本文的案例中总带宽为1.22GPixel/s。与单束配置相比,多束SEM中的库仑相互作用较低,因为电荷分布在多个电子束上,因此多束SEM的镜筒较大,总体的体积也大。此外,数据采集计算机系统高度并行化,以适应大数据采集速率,并实现了低带宽存储解决方案。
备注:(1.22 GPixel/s代表每秒处理的像素数量,单位为“千兆像素/秒”,这个指标通常用于描述显示器、摄像头或图形处理器等设备的性能。具体来说,1.22 GPixel/s表示设备可以每秒处理12.2亿个像素,这在图形处理和视频渲染领域非常重要,因为它反映了设备的处理速度和效率)
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