直接电子探测相机进行EBSD和TKD测试切换的装置的制作方法

直接电子探测相机进行ebsd和tkd测试切换的装置
技术领域
1.本实用新型涉及测试装置技术领域，特别是涉及直接电子探测相机进行 ebsd和tkd测试切换的装置。


背景技术：

2.电子背散射衍射(electronbackscatter diffraction，ebsd)可以提供晶体结构和取向信息，并且结构紧凑，作为扫描电镜的配件使用。同透射电镜的选区电子衍射相比，ebsd对晶体取向的变化尤为敏感，角度分辨率更高，更适合对晶体取向的表征。目前ebsd的物理分辨率，对于致密材料(比如pt等重金属) 可以达到20nm，对于过渡族金属(比如cu)可以达到50nm，对于轻金属(比如al)可以达到200nm。垂直于旋转轴方向的分辨率会再差一些。对于纳米晶、变形严重的晶粒等样品，要求更高的分辨率，提高ebsd的空间分辨率的意义不言而喻。虽然空间分辨率不能与透射电镜的衍射方法相比，但是使用薄样品的tkd的分辨率已经缩小了差距。
3.作为ebsd类似的技术，透射菊池衍射(transmission kikuchi diffraction， tkd)顾名思义，采用的样品应该是电子束透明的，即薄样品。薄样品会产生大量的非弹性非相干透射电子透过样品并形成菊池花样。这样不需要大角度倾斜样品，不仅使得信号产生区大为减小，还使得ebsd那样的分辨率不对称情况得到改善，因此可以大大提高物理分辨率。
4.ebsd的信号比较弱，且以菊池线的形式呈现，所以ebsd探测器面积比较大，并且比较靠近样品，以提高固体角、信噪比和探测效率。ebsd探测器主要由磷屏和高灵敏度的ccd或cmos相机构成。其中磷屏将衍射电子转变成光子，光信号通过透镜或者光纤传递给相机，相机再把光信号转成电信号，以供后续的图像和数据分析系统分析采集到的菊池花样。磷屏本身不导电，为了防止荷电，同时为了屏蔽可见光，一般表面会镀一层极薄的金属膜，所以二次电子难以穿透，只有背散射电子能被探测。
5.图1a、图1b和图1c对比了扫描电镜中ebsd和tkd的布置方法：
6.如图1a所示，普通的ebsd使用大角度倾斜的厚样品。tkd的样品不需要大角度倾斜，探测器在样品下方接受信号。在tkd技术中又分成了图1b所示的离轴的tkd和图1c所示的同轴tkd。如图1b所示，离轴的tkd探测器跟普通ebsd设置一样不在电子束的光轴上。为了接受更大角度范围的衍射电子束，改设置需要略微倾斜样品，倾角需要根据样品厚度和其他要求进行调整，常用20
°
。而同轴tkd如图1c所示，需要更改探测器设置，将磷屏放置在光轴上，即透过电子束的强度最大处，样品水平放置，它有自己独特的优势。因为同轴tkd探测器位于光轴上，低角度散射束比高角度散射束强度更高，这样就可以降低对束流的要求，同时接收到的衍射角度范围更大、菊池带更多。
7.直接探测电子相机(direct electron detectors，以下简称ded)的优点在透射电镜和透射扫描电镜领域得到越来越多的重视。它采用cmos芯片直接探测电子，用于记录衍射花样、成像和动态观察，具有更高量子效率(dqe)、更高空间分辨率、更快读取速度和耐辐
照的优点。同样用于记录衍射花样，在ebsd 上也可以使用ded相机。相对于ccd、cmos和透射电镜中的相机，它具有独特的优点。首先，扫描电镜最高加速电压低于30kv，基本上避免了高能电子束对ded的电子束损伤。其次，因为没有磷屏和光纤或透镜，也就没有了光散射、能量吸收和光学透镜的像差，从而提高了对信号的探测效率。这样在提高花样信噪比的同时，低束流或者低电压下的花样质量也得到了提高，从而提高了ebsd的空间分辨率。还有，衍射电子可以对信号电子量化，并设定阈值。这样，ded就具有能量过滤的功能，能够提高菊池带衬度并从菊池花样中获得更多细节信息，还可以增加菊池带测量的准确性。
8.现有的技术如图1a、图1b和图1c所示，对于普通的ebsd不存在太大困难，但是为了追求高空间分辨率时，需要使用薄样品的tkd设置。
9.离轴tkd可以使用原有的ebsd探测器。可是tkd设置的离轴设置方法 (图1b)在很多方面不如同轴的设置方法优越。虽然同轴的tkd商用型号可以在普通的ebsd模式和tkd模式切换，但是需要手动更换磷屏。那么需要对电镜和探测器进行手动操作，费时费力且有损坏探测器的风险。猜测原因是：目前商用的ebsd探测器主要由磷屏和高灵敏度的ccd或cmos相机构成。如图1a、图1b和图1c所示，磷屏和相机之间的光信号通过透镜或者光纤传递。透镜和光纤难以大角度改变方向，制作可自动切换的探测器存在相当大的困难。
10.ded探测器比ccd或cmos优越，除了具有更高量子效率(dqe)、更高空间分辨率、更快读取速度和耐辐照的优点外，没有磷屏和光纤或透镜。正因为没有光纤和透镜，ded探测器更容易改变方向。


技术实现要素：

11.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种直接电子探测相机进行ebsd 和tkd测试切换的装置，可以方便、快捷、自动地在块体材料的ebsd和薄样品的tkd之间切换。
12.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
13.本实用新型提供一种直接电子探测相机进行ebsd和tkd测试切换的装置，包括底座、滑动臂、中间臂和前臂；所述滑动臂可滑动的设置于所述底座上，所述中间臂可转动的设置于所述滑动臂与所述前臂之间，直接电子探测器设置于所述前臂的前端。
14.可选的，所述底座上设置有一第一驱动机构，所述第一驱动机构的动力输出轴上设置有一第一齿轮，所述滑动臂底部设置有一齿条，所述第一齿轮与所述齿条相匹配。
15.可选的，所述滑动臂与所述中间臂的一端之间通过一第二驱动机构传动连接。
16.可选的，所述中间臂的另一端与所述前臂的一端之间通过一第三驱动机构传动连接。
17.可选的，所述前臂的前端设置有安装平台，所述直接电子探测器设置于所述安装平台上。
18.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本实用新型中的直接电子探测相机进行ebsd和tkd测试切换的装置主要结构包括包括底座、滑动臂、中间臂和前臂；通过调整中间臂和前臂的角度以改变直接电子探测器的角度，通过滑动臂改变直接电子探测器的的水平方向的位置，从而能够实现方便、快捷、自动地在块体材料的ebsd和薄样品的tkd 之间切换。使用ded相机，利用其没有光纤和透镜的优点，便于大角度切换其采集方向。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1a为现有技术中普通的ebsd的布置方式；
22.图1b为现有技术中离轴的tkd的布置方式；
23.图1c为现有技术中同轴tkd的布置方式；
24.图2为本实用新型直接电子探测相机进行ebsd和tkd测试切换的装置的主视结构示意图；
25.图3为本实用新型直接电子探测相机进行ebsd和tkd测试切换的装置的立体结构示意图。
26.附图标记说明：1、ebsd探测器；2、衍射电子束；3、样品；
27.10、滑动臂；11、中间臂；12、前臂；13、第三驱动机构；14、第二驱动机构；15、齿条；16、第一齿轮；17、底座。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.如图1a、1b、1c、2和3所示，本实施例提供一种直接电子探测相机进行 ebsd和tkd测试切换的装置，包括底座17、滑动臂10、中间臂11和前臂12；所述滑动臂10可滑动的设置于所述底座17上，所述中间臂11可转动的设置于所述滑动臂10与所述前臂12之间，直接电子探测器设置于所述前臂12的前端。
30.于本具体实施例中，所述底座17上设置有一第一电机，所述第一电机的动力输出轴上设置有一第一齿轮16，所述滑动臂10底部设置有一齿条15，所述齿轮与所述齿条15相匹配。通过第一电机的转动驱动第一齿轮16。
31.所述滑动臂10与所述中间臂11的一端之间通过一第二电机传动连接，第二电机的外壳与滑动臂10固定连接，第二电机的动力输出轴与中间臂11的一端相连接，通过第二电机的转动以改变中间臂11与滑动臂10的角度。
32.所述中间臂11的另一端与所述前臂12的一端之间通过一第三电机传动连接，第三电机的外壳与中间固定连接，第三电机的动力输出轴与前臂12的一端相连接，通过第三电机的转动以改变前臂12与中间臂11的角度。
33.所述前臂12的前端设置有安装平台，所述直接电子探测器设置于所述安装平台上。
34.通过第二电机和第三电机的转动以改变直接电子探测器的角度，从而实现ebsd和tkd测试方式的切换。
35.本实施例中使用ded相机，由于ded相机没有光纤和透镜，减少了部件并且可以大
角度变换方向，同时可以简化探测装置。相机和伸缩装置直接固定在支架和伸缩臂上，而不用考虑光纤的弯折、透镜的位置对成像的影响，也便于机构运动。所以，在使用块体样品进行普通的ebsd测试时，探测器垂直于水平方向。当需要使用薄样品进行tkd测试时，伸缩装置将探测器伸出。此时探测器呈水平放置，置于样品下方。同时，伸缩装置还可以进行水平和竖直方向的调节，使得表征更为顺利。
36.此外，当探测器水平置于样品下方时，探测器的水平位置和垂直位置也可以调节，以调整探测器在样品下方的准确位置，以利于tkd更好的测试效果。同时，这种设置，也有进行扫描透射成像(stem)的潜力。
37.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
38.本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。