具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法，所述扫描电子显微镜包括：由浸没式磁透镜和电透镜组成的复合式物镜系统，用于将初始电子束聚焦到样品上形成会聚的束斑；位于所述复合式物镜系统中的复合式探测系统，以及探测信号放大和分析系统；浸没式磁透镜的磁场浸没到样品上；所述电透镜用于聚焦和减速初始电子束到样品上，以及将BSE从X射线的发射路径上分离；所述复合式探测系统位于所述浸没式磁透镜的内极靴的下方，且位于控制电极的上方，由同轴心的环形BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为电子源所产生的电子束的主光轴中心；所述BSE探测器位于内圈，X射线探测器位于外圈。

Scanning electron microscope and sample detection method with composite detection system

【技术实现步骤摘要】
具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法
本专利技术涉及扫描电子显微镜
，尤其涉及一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法。
技术介绍
扫描电子显微镜是一种常用的显微分析仪器，通常电子束通过扫描电镜的物镜聚焦到样品上，产生一个微小束斑，在该微区内电子束激发产生二次电子(SE)，背散射电子(BSE)和X射线等信息，进而可通过探测器对样品表面的形貌进行观察以及对材料成分进行分析。目前能谱探测的实现方法较多，例如：通过旁侧式X射线探测器实现，但该X射线探测器接收的X射线信号的立体角小，收集效率低，无法获取高速度的X射线图像；虽然设置多个X射线探测器可增加探测X射线的立体角，但实现方法繁琐且占用空间。此外，在传统的扫描电镜的使用过程中，拍摄样品的高分辨率BSE图像和拍摄样品的X射线图像是分别不同条件下进行的，需要花费较长时间；而且，如需对比两种图像的信息时，由于拍摄条件不同，二者图像大小，图像中心位置略有区别，需要进一步对两种图像进行处理和分析，这就需要花费更长的时间，降低探测效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法，能同时探测较大立体角范围的BSE和X射线，提高探测效率。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供了一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜，包括：由浸没式磁透镜和电透镜组成的复合式物镜系统，用于将初始电子束聚焦到样品上形成会聚的束斑；位于所述复合式物镜系统中的复合式探测系统，以及探测信号放大和分析系统；其中，所述浸没式磁透镜的磁场浸没到样品上，极靴开口方向朝向样品；所述电透镜由所述复合式探测系统、样品、控制电极和电压源组成，用于聚焦和减速初始电子束到样品上，以及将背散射电子BSE从X射线的发射路径上分离；所述复合式探测系统位于所述浸没式磁透镜的内极靴的下方，且位于控制电极的上方，由同轴心的环形BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为电子源所产生的电子束的主光轴中心；所述BSE探测器位于内圈，所述X射线探测器位于外圈。可选的，所述环形BSE探测器与环形X射线探测器位于同一平面或不同平面。可选的，所述复合式物镜系统最下端的所述控制电极到样品的距离小于等于5mm。可选的，所述复合式物镜系统最下端的所述控制电极到样品的距离大于等于0.5mm小于等于2mm。可选的，所述环形BSE探测器的中心孔直径小于等于3mm。可选的，所述环形BSE探测器的中心孔直径大于等于0.5mm小于等于2mm。可选的，所述环形X射线探测器的中心孔直径大于3mm小于10mm。可选的，所述控制电极的中心孔直径大于所述环形BSE探测器的中心孔直径，且小于等于所述环形X射线探测器的外径。可选的，所述环形BSE探测器采用半导体探测器；所述环形X射线探测器采用的探测器包括但不限于：半导体硅漂移探测器或半导体锂漂移探测器。可选的，所述环形BSE探测器的下表面设置一层导电金属薄膜；所述环形X射线探测器下表面设置一层密封窗。可选的，所述环形BSE探测器与环形X射线探测器的厚度均小于10mm。其中，所述探测信号放大和分析系统与所述环形BSE探测器和/或所述环形X射线探测器连接，用于对所述环形BSE探测器基于接收背散射电子产生的第一信号进行处理；和/或，用于对所述X射线探测器基于接收X射线产生的第二信号进行处理。可选的，所述探测信号放大和分析系统，还用于将所述处理后的第一信号和第二信号进行合成，形成复合图像。本专利技术实施例还提供了一种样品探测方法，应用于具备复合式探测系统的扫描电子显微镜，该方法包括：经加速的初始电子束沿着主光轴进入到复合式物镜系统，穿过复合式探测系统的中心孔后会聚到样品上，产生信号电子；其中，所述复合式探测系统由同轴心的环形背散射电子BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为所述电子束的主光轴中心；所述样品相同位置产生的所述信号电子中的背散射电子BSE和X射线分别被所述环形背散射电子BSE探测器和环形X射线探测器接收。其中，所述样品相同位置产生的所述信号电子中的背散射电子BSE和X射线分别被所述环形背散射电子BSE探测器和环形X射线探测器接收，包括：所述信号电子中的BSE经复合式物镜系统中电透镜电场的作用以及浸没式磁透镜的影响向上加速运动，被内圈的所述环形BSE探测器接收；同时，所述样品相同位置产生的X射线向上运动，被外圈的所述环形X射线探测器接收。可选的，该方法还包括：探测信号放大和分析系统对所述环形BSE探测器接收的BSE以及所述环形X射线探测器接收的X射线进行处理后输出。本专利技术实施例提供的所述具备复合式探测系统的扫描电子显微镜包括：由浸没式磁透镜和电透镜组成的复合式物镜系统，用于将初始电子束聚焦到样品上形成会聚的束斑；位于所述复合式物镜系统中的复合式探测系统，以及探测信号放大和分析系统；其中，所述浸没式磁透镜的磁场浸没到样品上，极靴开口方向朝向样品；所述电透镜由所述复合式探测系统、样品、控制电极和电压源组成，用于聚焦和减速初始电子束到样品上，以及将背散射电子BSE从X射线的发射路径上分离；所述复合式探测系统位于所述浸没式磁透镜的内极靴的下方，且位于控制电极的上方，由同轴心的环形背散射电子BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为电子源所产生的电子束的主光轴中心；所述BSE探测器位于内圈，所述X射线探测器位于外圈。本专利技术实施例中的环形复合式探测系统位于所述复合式物镜系统中，在保证同时接收样品同一位置相同发射角的BSE和X射线的情况下(高收集效率)，可保证图像的高分辨率，从而实现快速成像，提高样品的探测效率。附图说明图1为本专利技术实施例所述具备复合式探测系统的扫描电子显微镜结构示意图；图2为本专利技术实施例所述扫描电子显微镜中BSE的运动轨迹示意图；图3为本专利技术实施例所述扫描电子显微镜中BSE和X射线的运动轨迹示意图；图4为本专利技术实施例所述BSE和X射线的探测系统示意图；图5为本专利技术实施例所述样品探测方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相关技术中，使用的X射线探测器为传统的旁侧管状的X射线探测器，当电子显微镜的电子束轰击到样品会产生X射线，由于产生的X射线是在样品表面以4Л立体角出射，旁侧式的X射线探测器只能接收半球面上一个小立体角内的X射线。此种情况下信号效率较少，噪声较大，X射线的图像信号需要多次平均以减小噪声，无法进行高速度的X射线图像获取。为了增加X射线的探测效率或获得更丰富的X射线图像信息，通常采用数个X射线探测器或多个X射线探测器通道以增加探测X射线的立体角，例如：在电子束显微镜的物镜和样品之间的空间中，分四个象限布置4个探测器；或者，一个拥有两个通道的X射线探测器，可以分别探测上下两个半球一定立体角内的X射线，可以获得更多的X射线信息，从而提高探测的效率和速度。该方案虽然能增加X射线的探测效率，但实现方法比较繁琐，且占用空间。相关技术中，有使用环形片状X射线探测器的实施例，这样除了穿过中心孔的X射线，更大立体角内的X射线都被探测到，X射线探测器的收集立体角高达60度，X射线接收的效率高，可以大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜，其特征在于，包括：由浸没式磁透镜和电透镜组成的复合式物镜系统，用于将初始电子束聚焦到样品上形成会聚的束斑；位于所述复合式物镜系统中的复合式探测系统，以及探测信号放大和分析系统；其中，所述浸没式磁透镜的磁场浸没到样品上，极靴开口方向朝向样品；所述电透镜由所述复合式探测系统、样品、控制电极和电压源组成，用于聚焦和减速初始电子束到样品上，以及将背散射电子BSE从X射线的发射路径上分离；所述复合式探测系统位于所述浸没式磁透镜的内极靴的下方，且位于控制电极的上方，由同轴心的环形BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为电子源所产生的电子束的主光轴中心；所述BSE探测器位于内圈，所述X射线探测器位于外圈。

【技术特征摘要】
1.一种具备复合式探测系统的扫描电子显微镜，其特征在于，包括：由浸没式磁透镜和电透镜组成的复合式物镜系统，用于将初始电子束聚焦到样品上形成会聚的束斑；位于所述复合式物镜系统中的复合式探测系统，以及探测信号放大和分析系统；其中，所述浸没式磁透镜的磁场浸没到样品上，极靴开口方向朝向样品；所述电透镜由所述复合式探测系统、样品、控制电极和电压源组成，用于聚焦和减速初始电子束到样品上，以及将背散射电子BSE从X射线的发射路径上分离；所述复合式探测系统位于所述浸没式磁透镜的内极靴的下方，且位于控制电极的上方，由同轴心的环形BSE探测器和环形X射线探测器组成；所述轴心为电子源所产生的电子束的主光轴中心；所述BSE探测器位于内圈，所述X射线探测器位于外圈。2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述环形BSE探测器与环形X射线探测器位于同一平面或不同平面。3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述复合式物镜系统最下端的所述控制电极到样品的距离小于等于5mm。4.根据权利要求1或3所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述复合式物镜系统最下端的所述控制电极到样品的距离大于等于0.5mm小于等于2mm。5.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述环形BSE探测器的中心孔直径小于等于3mm。6.根据权利要求1或5所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述环形BSE探测器的中心孔直径大于等于0.5mm小于等于2mm。7.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述环形X射线探测器的中心孔直径大于3mm小于10mm。8.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述控制电极的中心孔直径大于所述环形BSE探测器的中心孔直径，且小于等于所述环形X射线探测器的外径。9.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述环形BSE探测器采用半导体探测器；所述环形X射线探测器采用的探测器包括但不限于：半导体硅漂移探测器或半导体锂漂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，
申请(专利权)人：聚束科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11