离子显微镜

1.本发明广泛涉及离子显微镜，构建离子显微镜的方法，以及在离子显微镜中对准离子束的方法，尤其涉及用于确定性离子注入、离子束感应电流和/或紧凑质子束写入(compact proton beam writing,c-pbw)系统的纳米孔离子源的集成，以及一种精确放置注入离子和pbw制造结构的方法。


背景技术：

2.在整个说明书中对现有技术的任何提及和/或讨论都不应以任何方式被视为承认该现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。
3.质子束写入(proton beam writing,pbw)是由新加坡国立大学离子束应用中心(centre for ion beam applications,national university of singapore,ciba-nus)开发的一种直接写入光刻技术，它使用聚焦的质子来制造三维纳米结构。与电子束光刻(electron beam lithography,ebl)相比，pbw的优点是质子比电子重约1800倍，这使得质子向次级电子传递的能量更少，从而进一步穿透材料，在抗蚀剂中沿其路径沉积恒定的能量[4]。利用这些独特的特性，pbw可以制造没有接近效应的纳米结构，并且具有光滑的侧壁。目前，pbw在光斑大小和吞吐量方面的性能受到现有pbw系统中可用的射频(rf)离子源的低亮度(约20a/(m2srv))的限制。因此，需要一个高亮度的离子源来进一步提高pbw系统的性能。
[0004]
电荷收集显微镜是基于这样一个事实，即带电粒子或电磁辐射在半导体或绝缘体中产生大量的e
–
h对，这些e
–
h对在外部或内置电场的存在下分离。在电荷收集显微镜中，测量的电荷或电流取决于材料的特性，如在点缺陷和扩展缺陷处的捕获和重组中心。还可以映射掺杂密度、少数载流子扩散长度、电场强度、迁移率等。电子束感应电流(electron beam induced current,ebic)是一种使用高度聚焦的kev电子束的电荷收集显微镜。此外，基于光的方法，如光/激光束感应电流(optical/laser beam induced current,obic/lbic)是广泛使用的方法。
[0005]
相对于在其他形式的电荷/电流收集显微镜中使用的感应电荷/电流中的连续变化，离子束感应电荷(ion beam induced charge,ibic)显微镜通常使用0.1-10fa(约1-100,000离子/秒)的快光离子电流，并测量单个电荷脉冲。由于光离子产生大量的次级电子，ibic可以在低光束电流下工作。由于产生的次级电子的能量为约10sev，因此这些次级电子的范围相当小。这种特性的一个直接后果是，离子束倾向于在很深的地方保持“聚焦”。相比之下，用于ebic的较轻的电子在进入材料时经历强烈的横向散射。与其他形式的电荷收集显微镜相比，这些特性保证了ibic优越的空间分辨率。因此，需要一个高亮度的离子源来进一步提高ibic的性能，特别是使用快质子来进一步提高ibic的性能。
[0006]
诸如液态金属离子源(liquid metal ion source,lmis)和气场离子源(gas field ionization source,gfis)这样的离子源具有高亮度降低的特点。lmis的特点是在一个尖锐的尖端上方有一个液态金属储层。一个强大的电场被用来把液态金属拉到一个尖
锐的电喷雾锥上，该电喷雾锥称为泰勒锥。最常用的lmis是ga-lmis，但也使用其他几种金属(例如al,in,sn,cs,bi,a)以及合金金属(au-si,au-ge,si-be-au,ni-b-pt)。在离子的其他应用中，也需要高亮度光源。例如，气场离子源(gfis)实现了有趣的应用。然而，gfis技术并不容易扩展到比氖气更重的气体。强电场集中在锥尖的顶端，锥尖的末端有三个原子。gfis主要用于生成he和ne离子。对于he-gfis，降低后的亮度可高达109a/(m2srv)，并具有1ev的能量扩散。小的虚拟光源尺寸(《1nm)，由于三原子末端，结果具有高亮度。另一种获得高亮度离子源的方法是减小光束角展度，这可以通过降低源工作温度(《100μk)来实现。这样的离子源，在低温(通常通过激光冷却实现)下工作，被称为冷原子离子源。这些离子源的理论亮度降低约107a/(m2srv)，并具有小于0.5ev的能量扩散。
[0007]
利用激光冷却的cr原子和li原子，分别实现了亮度降低为2.25
×
104a/(m2srv)和6
×
103a/(m2srv)的光束。虽然这些离子源可以产生高亮度的离子束，但它们并非被设计为产生高亮度的质子束。
[0008]
本发明的实施例寻求解决上述需求中的一个或多个。


技术实现要素：

[0009]
根据本发明的第一方面，提供了一种离子显微镜，包括：纳米孔离子源；和聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束由所述电子束电离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。
[0010]
根据本发明的第二方面，提供了一种构建离子显微镜的方法，包括以下步骤：提供纳米孔离子源；和提供聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束由所述电子束电离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。
[0011]
根据本发明的第三方面，提供了一种在离子显微镜中对准离子束的方法，包括以下步骤：提供纳米孔离子源；提供聚焦系统；和将电子束以及由所述电子束电离所述纳米孔离子源中的电离气体所产生的所述离子束选择性地同轴聚焦。
[0012]
附图简要说明
[0013]
当将本发明与非限制性实施例和附图结合考虑时，将通过详细描述来更好地理解本发明，其中:
[0014]
图1示出了根据示例实施例使用的三孔径埃因泽尔(einzel)透镜的示意图。它包括具有相同电势的第一(入口)孔和第三(出口)孔的三个孔。中间孔的电势用来调节光束的聚焦。
[0015]
图2示出了根据示例实施例的图表，该图表显示了质子探针尺寸作为探针电流的函数，用于1kev质子的加速-减速(a-d)和减速-加速(d-a)模式的不同三孔尺寸。
[0016]
图3示出了根据示例实施例的基于显微镜的nais的示意图。
[0017]
图4(a)和图4(b)示出了一个静电四极透镜的示意图。
[0018]
图5(a)示出了使用单个静电四极透镜进行线聚焦的示意图。
[0019]
图5(b)示出了使用用于根据示例实施例进行使用的两个或更多个静电四极透镜进行点聚焦的示意图。
[0020]
图6示出了根据示例实施例构建离子显微镜的方法的流程图。
[0021]
图7示出了根据示例实施例在离子显微镜中对准离子束的方法的流程图。
具体实施方式
[0022]
记载了一种估计亮度为106a/(m2srv)的纳米孔离子源(nano-aperture ion source,nais)，其中nais通过电子直接撞击电离机制产生离子，其亮度降低至1x10
5 am-2
sr-1
v-1
。此外，模拟还达到了约1x10
6 a m-2
sr-1
v-1
亮度和0.5-1na电流的光束性能。因此，以nais作为离子源增加光束亮度是可能的。该nais有望产生高亮度质子束。本发明人已经认识到，根据示例实施例，nais是具有低于10纳米光束光斑尺寸和高光束电流的质子显微镜的潜在候选者。这可以显著提高pbw的分辨率和吞吐量，并提高ibic实验中的3d分辨率。根据示例实施例，该系统有望实现与ebl相当的写入速度，而不会产生不必要的接近效应，同时ibic将能够在深度低至微米的情况下实现低于10纳米的分辨率，具体性能取决于精确的样品几何形状和质子束能量。目前ebic的空间分辨率限制在100纳米左右。
[0023]
与电子束光刻(ebl)相比，根据示例实施例的单束紧凑型质子显微镜系统在10纳米以下光刻中更通用。由于nais可以灵活地使用任何类型的气体，它可以提供多种类型的离子。使用多种离子将使ibic的示例实施例成为一个有吸引力的选择，对于低至10纳米分辨率的工作集成电路器件的故障分析至关重要，使用快质子的ibic将显着提高分辨率，目前在电荷收集显微镜中可用。此外，根据示例实施例，通过确定性离子注入的精确离子溅射应用和量子计算机的制造将极大地受益于质子显微镜。对大规模生产量子计算机的技术的需求不断增长。最重要的是能够在硅，金刚石和其他材料中配置具有高横向放置精度的单个原子。离子注入实现量子计算机的实际实现路径极具挑战性。目前，离子的定位是通过纳米模板的孔来建立的，这种模式的实际实现采用原子力显微镜(atomic force microscope,afm)，在afm悬臂的硅臂上铣削纳米模板。在这种方法中，afm悬臂可以用来对表面进行成像，以方便对表面进行映射。然而，现有的先进离子源不容易与确定性离子注入所需的精度相兼容。此外，氮空位(nitrogen vacancies,nv)中心在精确位置的生产也面临着巨大的挑战。通过n离子注入产生这些nv中心可以构成量子比特的基本组成部分。在现有的nv中心生产的实际演示中，通过pmma掩模实现了n离子的精确定位。
[0024]
在一个示例实施例中，本发明提供了一种系统的设计，该系统可以作为基于nais的离子显微镜，具有静电离子提取以及静电离子束聚焦的功能。静电离子束聚焦使用，例如，两个或更多个圆柱形透镜的组合，在一个实施例中使用埃因泽尔(einzel)透镜，该einzel是三个圆柱形透镜的组合，或使用两个或更多个四极透镜的组合。在根据示例实施例的nais离子显微镜操作期间，nais充满感兴趣的气体。另一方面，根据示例实施例的系统也可以作为电子显微镜，例如，通过从nais中除去气体并同时改变einzel透镜的极性。有了这些变化，电子束，在一个具有与单个带电离子束相同能量的体现中，将沿着完全相同的路径通过显微镜。
[0025]
当使用一组静电四极透镜时，不需要改变透镜的电位来实现电子束聚焦。相反，当从离子聚焦到电子束聚焦时，唯一发生的事情是光束聚焦动作旋转超过90度，如下图4所示，但聚焦光斑将与离子束处于相同的位置。
[0026]
因此，本发明的示例实施例有利地实现了样品表面的精确映射，因此可以优选地保证相对于样品表面的精确确定性注入，同时也可以实现ibic实验的对准。
[0027]
应当注意，考虑在磁场影响下具有相同能量和单电荷的离子和电子，曲率半径的差等于离子质量除以电子质量的平方根，即约43。因此，优选在示例实施例中提供对不需要
的外部/杂散磁场的屏蔽，以实现聚焦电子束和聚焦离子束之间的最佳对准。
[0028]
根据示例实施例在电离室中使用氢操作nais显微镜的nais，除了用于高分辨率显微镜外，有利地允许将聚焦质子束用于典型聚焦质子束应用(ibic,pbw，确定性注入)。由于质子束对系统的损伤最小，因此在ibic中不仅可以对集成电路内部进行成像，还可以对所研究的集成电路的表面形貌进行成像。这两种模式(离子束/电子束)有助于电荷收集显微镜的精确对准。根据示例实施例在显微镜中使用的信号可以是电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射电子或离子、电子或离子诱导发光等。
[0029]
在示例实施例中，提供包含纳米孔离子源的低0.1-30kv能量离子显微镜系统，例如以电离室芯片的形式，用于实现确定性离子注入、离子束感应电流和紧凑的质子束写入(compact proton beam writing,c-pbw)系统，优选地能够精确放置注入离子和pbw制造结构。
[0030]
根据示例实施例的这种同轴带电粒子(离子/电子)显微镜的操作能量窗口可在约0.1至10s kev范围内。可在示例性实施例中使用高达约200kev或更高的甚至更宽的能量窗口，但是应如本领域技术人员将理解的那样，实施辐射屏蔽以减少此类示例性实施例中由高能电子引起的辐射。
[0031]
在一个示例实施例中，使用nais作为高亮度和低能量扩散离子源，提供优于其他离子源的引人注目的优点。原则上，任何可以电离的气体都可以与nais兼容，可以产生跨越不同气体离子种类的离子束，并且可以简单方便地在不同气体种类之间切换。在非限制性示例实施例中，本文描述了配备氢nais的质子显微镜的设计考虑。
[0032]
当次级电子沿着入射离子的路径产生时，表面附近的一些次级电子可以逃逸。与电子诱导的次级电子相比，离子诱导的次级电子由于离子和电子之间的质量差更大，其能量更低，产率更高。此外，离子的相互作用体积比相同能量的电子小。相互作用体积可称为有效探针尺寸。这些由低能离子产生的次级电子在靶体的顶表面具有高信噪比和小相互作用体积的优势和敏感性。因此，低能离子显微镜(包括质子)适用于具有高表面灵敏度的图像地形对比。
[0033]
然而，对于离子显微镜来说，随着离子能量的增加，离子探针的尺寸一般会缩小。在低能量下，离子探针的尺寸通常受到色差的限制，而与电子相比，由于离子的波长较低，因此没有衍射像差。因此，需要一种高亮度、低能量扩散、降低色差的离子源。在一个示例实施例中，使用nais作为用于任何气体离子种类的低能质子显微镜的一部分，配备低色差聚焦透镜，可以更好地解决该需求。
[0034]
在示例实施例中，将einzel透镜用作静电透镜，以利用静电透镜可以聚焦带电粒子束(电子或离子)而不改变其束能量。参考图1，通常，einzel透镜100包括三个对称的孔或管101-103，在第一(入口)孔101和第三(出口)孔103处具有相同的电势。改变中间孔102处的电势，以加速-减速或减速-加速方式聚焦光束104。在加减速(a-d)模式下，带电粒子束在孔101和孔102之间加速，在孔102和孔103之间减速，即束能量没有净变化。同样，在减速-加速(d-a)模式下，带电粒子束在孔101和孔102之间减速，在孔102和孔103之间加速，即束能量没有净变化。对于包含三个孔101-103的einzel透镜100，通常孔101-103的大小和孔101-103之间的距离与einzel透镜100的工作距离大致相同。einzel透镜100的优点是简单、紧凑、不耗散外部电源。一般来说，einzel透镜100的色差取决于其设计，几何形状和操作条
件。色差系数近似等于焦距。
[0035]
对于低能质子显微镜的最终聚焦探针尺寸主要受成像平面上消放大的虚源尺寸、色差和球差的限制。8.1能够模拟根据示例实施例配备nais和小型化einzel透镜的低能质子显微镜的性能。
[0036]
根据示例实施例，采用具有106a/(m2srv)降低的亮度、500pa电流、1ev能量扩散和60纳米虚拟源尺寸的nais进行该评估。在nais中，质子由电子-气体碰撞产生，并在可调的提取电压下提取。einzel透镜位于下游。图2显示了在1ev质子的a-d和d-a模式下，不同的三孔尺寸的质子探针尺寸随探针电流变化的曲线。根据示例实施例，三个孔径各为200μm，可获得10纳米的探针尺寸。值得注意的是，在不同的示例实施例中，更强大的透镜应该能够聚焦到个位数纳米探针尺寸。
[0037]
由于静电透镜(例如einzel透镜、静电四极透镜等)的聚焦能力仅取决于粒子(例如离子或电子)的电荷，因此根据示例实施例，特定设计将同样适用于其他类型的离子。einzel透镜还可以通过改变einzel透镜的极性来聚焦与单个带电离子能量相同的电子。根据示例实施例，配备einzel透镜301的基于nais的显微镜300的非限制性示例实施例的示意图如图3所示。
[0038]
在一种显微镜操作模式下，显微镜300中的信号是通过在样品台上302成像的样品表面的电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射电子或离子、电子或离子诱导发光等获得的。环形探测器例如探测器304和/或相对于样品级302从侧面布置的探测器，例如探测器305，可在示例实施例中用于离子、电子和/或发光检测。提供屏蔽外部/杂散磁场的屏蔽结构307，优选在所述显微镜300周围的屏蔽结构307。此外，用于构建显微镜300及其各种组件的材料最好选择以避免残余磁场。
[0039]
有利的是，通过简单地去除nais源304中的气体并改变einzel透镜301的静电透镜311-313的极性，离子显微镜300现在将具有电子显微镜的功能，其中离子和电子将遵循完全相同的光束路径。如果电子束308与质子束309具有相同的绝对能量，则不需要对电子应用提取器-加速器部件306。需要注意的是，在不同的示例实施例中，电子束308的能量不必与质子束309的能量相同，同时仍然保持同轴电子束成像的优点。电子束的能量可以使用提取器-加速器部件306和/或直接在电子注入器310处进行调整。电子显微镜操作中的信号可以从样品表面通过电子束诱导的次级电子发射和/或电子(后)散射和/或电子诱导发光获得，该样品表面在样品级302上成像。值得注意的是，电子/离子的数量可以测量，例如通过测量电流。
[0040]
需要注意的是，在另一示例实施例中，纳米孔离子源304被配置为在离子束309被聚焦时选择性地移动到相对于einzel透镜的第一位置，以及在电子束308被聚焦时选择性地移动到相对于einzel透镜的第二位置，其中在第一位置，电子束308进入纳米孔离子源304的电离室314以电离电离气体；其中，在第二位置，电子束308绕过纳米孔离子源304的电离室314，例如通过在电离室314外的纳米孔离子源304中形成的通孔。
[0041]
如上所述，在另一示例实施例中，可以使用基于两个或更多个静电四极透镜的聚焦系统，而不是静电聚焦系统，例如einzel透镜301。
[0042]
如图4(a)所示，带正电荷的粒子(例如400)向下进入透镜四极透镜402，将在x方向聚焦，从而形成垂直线聚焦，如图5(a)所示。作用在带正电荷的粒子(例如400)上的静电力
用箭头(例如404)表示。如果带负电荷的粒子(例如406)穿过相同的透镜402，它将在y方向聚焦，形成如图5(a)所示的水平线焦点500，但旋转超过90度。作用于带负电荷的粒子(例如406)的静电力用箭头(例如408)表示。要使用静电四极透镜聚焦带电粒子束，显然需要至少2个相对于对方旋转超过90度的透镜502,504来形成一个点506，如图5(b)所示。根据示例实施例，这种类型的静电四极透镜可以配置为这样一种方式，即这种透镜系统的退放大将允许光束聚焦到个位数纳米。
[0043]
根据示例实施例提出的几何结构将极大地促进预期离子束实验的对准。在pbw的情况下，衬底和/或预制的对准标记可以用电子束或质子束进行映射，从而方便精确定位预期的光刻结构。
[0044]
此外，在精确离子注入的情况下，样品的同轴电子束成像将保证在所需位置的精确确定性离子注入。
[0045]
此外，在ibic的情况下，质子束或电子束可用于将质子束与待测试的集成电路精确对准。
[0046]
在一个实施例中，提供了一种离子显微镜包括：纳米孔离子源和聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束由所述电子束电离在所述纳米孔离子源中电离气体产生。
[0047]
所述聚焦系统可包括一个或多个静电透镜。聚焦系统可包括两个或更多个圆柱透镜，或两个或更多个四极透镜。所述聚焦系统可包括埃因泽尔透镜。
[0048]
所述显微镜可包括用于产生电子束的电子注入器。
[0049]
所述显微镜可包括静电提取器/加速部件，用于从纳米孔离子源提取/加速离子束。
[0050]
所述纳米孔离子源被配置为当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地包含所述电离气体，并且当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时不含所述电离气体。
[0051]
所述纳米孔离子源被配置为当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第一位置，以及当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第二位置，其中，在所述第一位置，所述电子束进入所述纳米孔离子源的电离室以用于电离所述电离气体，并且其中，在所述第二位置，所述电子束绕过所述纳米孔离子源的所述电离室。
[0052]
所述显微镜可以包括检测系统。所述检测系统被配置为检测由电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射离子和离子或电子诱导发光组成的一组中的一个或多个。
[0053]
所述显微镜可包括屏蔽外部/杂散磁场的屏蔽结构。
[0054]
图6显示了说明根据示例实施例构建离子显微镜的方法的流程图600。在步骤602中，提供纳米孔离子源。在步骤604中，提供聚焦系统，其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束由所述电子束电离在所述纳米孔离子源中电离气体产生。
[0055]
所述聚焦系统可包括一个或多个静电透镜。所述聚焦系统可包括两个或更多个圆柱透镜，或两个或更多个四极透镜。所述聚焦系统可包括埃因泽尔透镜。
[0056]
所述方法可包括提供用于产生电子束的电子注入器。
programmable read only memory,eeprom))、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统的各个方面可以体现在具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(顺序和组合)、自定义器件、模糊(神经)逻辑、量子器件和上述任何器件类型的混合体的微处理器中。当然，基础器件技术可以以各种元件类型提供，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field-effect transistor,mosfet)技术，如互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor,cmos)，双极技术，如发射器耦合逻辑(emitter-coupled logic,ecl)，聚合物技术(例如，硅共轭聚合物和金属共轭聚合物-金属结构)，混合模拟和数字等。
[0071]
上述对所述系统和方法的所示实施例的描述并非旨在详尽无遗或将所述系统和方法限制为所公开的精确形式。虽然本文描述了系统组件和方法的具体实施例和示例，但正如相关领域技术人员将认识到的那样，在系统、组件和方法的范围内可以进行各种等效修改。本文提供的系统和方法的教导可应用于其他处理系统和方法，而不仅仅适用于上述系统和方法。
[0072]
上述各种实施例的要素和作用可以组合以提供进一步的实施例。可以根据上述详细描述对系统和方法进行这些和其他更改。
[0073]
一般来说，在下列权利要求中，所使用的术语不应被解释为将系统和方法限制为说明书和权利要求中公开的具体实施例，而应被解释为包括在权利要求下操作的所有处理系统。因此，所述系统和方法不受本公开的限制，而是所述系统和方法的范围完全由权利要求书确定。
[0074]
除非上下文明确另有要求，否则在整个描述和权利要求中，词语“包括”、“包含”等应在包含意义上解释，而不是在排他或穷尽意义上解释；也就是说，在某种意义上，“包括但不限于。”使用单数或复数的单词也分别包括复数或单数。此外，“在此”、“以下”、“上面”、“下面”以及类似含义的词语是指本技术作为一个整体，而不是指本技术的任何特定部分。当“或”一词用于指代包含两个或两个以上项目的列表时，该词涵盖了该词的所有以下解释:列表中的任何项目，列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。

技术特征：
1.一种离子显微镜，包括：纳米孔离子源；和聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束是通过所述电子束电离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。2.根据权利要求1所述的显微镜，其中，所述聚焦系统包括一个或多个静电透镜。3.根据权利要求2所述的显微镜，其中，所述聚焦系统包括两个或更多个圆柱透镜，或两个或更多个四极透镜。4.根据权利要求3所述的显微镜，其中，所述聚焦系统包括埃因泽尔透镜。5.根据权利要求1至4中任一项所述的显微镜，包括用于产生所述电子束的电子注入器。6.根据权利要求1至5中任一项所述的显微镜，包括用于从所述纳米孔离子源提取/加速所述离子束的静电提取器/加速部件。7.根据权利要求1至6中任一项所述的显微镜，其中，所述纳米孔离子源被配置为当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地包含所述电离气体，并且当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时不含所述电离气体。8.根据权利要求1至6中任一项所述的显微镜，其中，所述纳米孔离子源被配置为当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第一位置，以及当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第二位置，其中，在所述第一位置，所述电子束进入所述纳米孔离子源的电离室以用于电离所述电离气体，并且其中，在所述第二位置，所述电子束绕过所述纳米孔离子源的所述电离室。9.根据权利要求1至8中任一项所述的显微镜，包括检测系统，所述检测系统被配置为检测由电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射离子和离子或电子诱导发光组成的一组中的一个或多个。10.根据权利要求1至9中任一项所述的显微镜，包括屏蔽外部/杂散磁场的屏蔽结构。11.一种构建离子显微镜的方法，包括以下步骤:提供纳米孔离子源；和提供聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束是通过所述电子束电离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述聚焦系统包括一个或多个静电透镜。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述聚焦系统包括两个或更多个圆柱透镜，或两个或更多个四极透镜。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述聚焦系统包括埃因泽尔透镜。15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，包括用于产生所述电子束的电子注入器。16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，包括用于从所述纳米孔离子源提取/加速所述离子束的静电提取器/加速部件。17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述纳米孔离子源被配置为当所
述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地包含所述电离气体，并且当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时不含所述电离气体。18.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，所述纳米孔离子源被配置为当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第一位置，以及当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第二位置，其中，在所述第一位置，所述电子束进入所述纳米孔离子源的电离室以用于电离所述电离气体，并且其中，在所述第二位置，所述电子束绕过所述纳米孔离子源的所述电离室。19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，包括提供检测系统。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述检测系统被配置为检测由电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射离子和离子或电子诱导发光组成的一组中的一个或多个。21.根据权利要求11至20中任一项所述的方法，包括屏蔽外部/杂散磁场。22.一种在离子显微镜中对准离子束的方法，包括以下步骤：提供纳米孔离子源；提供聚焦系统；和将电子束以及由所述电子束电离所述纳米孔离子源中的电离气体所产生的所述离子束选择性地同轴聚焦。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述聚焦系统包括一个或多个静电透镜。24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述聚焦系统包括两个或更多个圆柱透镜，或两个或更多个四极透镜。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述聚焦系统包括埃因泽尔透镜。26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，包括提供用于产生所述电子束的电子注入器。27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，包括使用静电提取器/加速部件从所述纳米孔离子源提取/加速所述离子束。28.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，包括当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时，在所述纳米孔离子源中选择性地提供所述电离气体，并且当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时，所述纳米孔离子源不含所述电离气体。29.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，包括当所述离子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第一位置，以及当所述电子束被所述聚焦系统聚焦时选择性地移动到相对于所述聚焦系统的第二位置，其中，在所述第一位置，所述电子束进入所述纳米孔离子源的电离室以用于电离所述电离气体，并且其中，在所述第二位置，所述电子束绕过所述纳米孔离子源的所述电离室。30.根据权利要求22至29中任一项所述的方法，包括使用检测系统来检测由电子或离子诱导电荷、电子或离子诱导次级电子、背散射离子和离子或电子诱导发光组成的一组中的一个或多个。31.根据权利要求22至30中任一项所述的方法，包括屏蔽外部/杂散磁场。

技术总结
一种离子显微镜，构建离子显微镜的方法，以及在离子显微镜中对准离子束的方法。所述离子显微镜包括：纳米孔离子源；和聚焦系统；其中，所述聚焦系统被配置为选择性地同轴聚焦离子束和电子束，所述离子束是通过所述电子束电离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。离在所述纳米孔离子源中的电离气体而产生。


技术研发人员：吉荣
受保护的技术使用者：新加坡国立大学
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2023/8/24