扫描氦显微镜用于对比度成像分析

利用常规的载能粒子束对于一些特殊的样品，如生物组织、有机薄膜、聚合物电子器件以及吸附层等进行显微成像处理，可能会造成较大的破坏。同时，具有极性的能束，在电场或磁场存在时，成像会遇到一些问题。此外，对于电绝缘体，利用极性粒子束成像或加工，其荷电效应也很显著。

最近，澳大利亚纽卡斯尔大学的M. Barr1等，设计组建了一种扫描氦原子显微镜，结构如图１所示。该系统包括自由喷射的He束源1（最大压强为240 bar, 工作温度范围为100－400 K）。工作中，束流首先通过直径为10μm的整形铲削器,然后逐渐经过多组针孔板，最后通过聚焦离子束加工的微小针孔，形成可到样品表面的氦流。束斑直径为5.4微米，聚焦工作距离为2.8毫米。He束流在样品腔３与样品相互作用，产生的背散He被探测腔4种的探测器捕获。通过样品台的位移，可以在样品不同的区域捕获不同的信号，从而进行表面信息构建。由于是中性粒子束，对材料表面光具有化学、电以及磁场的惰性，可进行无损观测，对透明的、易碎的、弱键、磁性的、绝缘的样品进行成像时具有很大的优势。作者利用这一装置，对半导体－金属材料可很好的进行化学衬度成像，如图2所示；还可对生物样品表面进行高衬度对比成像处理，如图3所示。

图1：MK II扫描氦显微镜结构示意图。

图2：图形的He中性粒子扫描显微镜对Si衬底上不同金属的化学元素衬度：（a）Au; (b) Ni; (c) Pt; (d) Cr。

图3：蜜蜂翅膀的光学与He扫描显微镜的几何形貌衬度对比：(a,c) 反射光学显微镜；（b,d）He扫描显微镜。其中（c）与(d)是方框放大的细节。