ナノ構造膜電子相板の作製

Nanostructured-membrane electron phase plates.

• Yujia Yang
• Chung-Soo Kim
• Richard G Hobbs
• Phillip D Keathley
• Karl K Berggren

抄録

電子ビームは、ナノ構造材料の位相板を通過することで、設計された位相変調を得ることができます。これらの位相変調は、電子波面の整形を可能にし、電子顕微鏡、分光法、リソグラフィー、および干渉計に利益をもたらします。しかし、電子位相板の作製では、一般的に使用されている集束イオンビームミリング法では、作製スループットが制限され、したがって、位相板の活性領域が制限されている。ここでは、電子ビームリソグラフィーと反応性イオンエッチングを用いて、大面積の電子相板を作製した。この相板は、様々な電子エネルギーを持つ透過型電子顕微鏡での電子回折や走査型電子顕微鏡での回折イメージングによって特徴づけられる。その結果、回折ビームのコヒーレントな干渉に基づいて、明視野の中心にヌルを生成できることを発見しました。これにより、電子位相板の作製が可能になりました。また、直接ビームの無効化と回折効率の調整が可能であることは、新しい暗視野電子顕微鏡技術への道を開くものである。

Electron beams can acquire designed phase modulations by passing through nanostructured material phase plates. These phase modulations enable electron wavefront shaping and benefit electron microscopy, spectroscopy, lithography, and interferometry. However, in the fabrication of electron phase plates, the typically used focused-ion-beam-milling method limits the fabrication throughput and hence the active area of the phase plates. Here, we fabricated large-area electron phase plates with electron-beam lithography and reactive-ion-etching. The phase plates are characterized by electron diffraction in transmission electron microscopes with various electron energies, as well as diffractive imaging in a scanning electron microscope. We found the phase plates could produce a null in the center of the bright-field based on coherent interference of diffractive beams. Our work adds capabilities to the fabrication of electron phase plates. The nullification of the direct beam and the tunable diffraction efficiency demonstrated here also paves the way towards novel dark-field electron-microscopy techniques.

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