二次电子探测器,尤其是扫描电子显微镜中的二次电子探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种二次电子探测器（１），尤其是扫描电子显微镜中的二次电子探测器。本发明专利技术的主题是提供一种二次电子探测器，其由位于探测器室（３）内的传感器（２）组成，一真空泵（１０）与探测器室连接以使得该探测器室（３）内产生真空，该探测器室（３）接近所述传感器（２）的有效表面的壁被光阑封闭，形成对于气体的传输具有高阻抗、对于电子的传输具有低阻抗的特征。导电性隔栅（１１）以铜屏幕的形式或具有孔（１３）的卡普敦隔膜（１２）的形式制造，并且其两面都有导电涂层（１４，１５）。上述导电性隔栅（１１）在探测器室（３）外部覆盖有一输入屏幕（１８），其通常具有半球形状并且连接到８０到１５０伏的低压源（１９）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二次电子探测器，尤其涉及一种用在扫描电子显微镜中的二次电子探测器。
技术介绍
为了利用扫描电子显微术产生样品的图像，由电子束对试样进行扫描。从上述试样被电子束撞击而发射出来的二次电子被探测到，这些信号被同步扫描的电子束在监视器中调制。上述的扫描通常在真空中进行，尤其是为了使电子枪和电子探测器能够工作。在真空中对样品进行处理会有许多的问题。生物样品在真空中无法存活，湿的样品在产生准确的图片之前会挥发。对于样品的观察，应当事先认真考虑不同的气态物质在真空显微镜内的挥发。在真空中的绝缘试样的表面积累了静态的电荷，这使得精密的显微术几乎是不可能的。解决这些问题的方法是喷涂这些样品，这将会损坏样品(例如，半导体样品)，因此对它们进行非损坏的分析几乎是不可能的。已经进行了一系列的实验去观察样品，其中，显微镜的试样室与电子束源隔开以使得能够在保持电子枪的区域中具有充分的真空时对样品进行观察。James F.Mancuso et al.的美国专利4,785,182和4,880,976中描述了一种在气态的环境下使用的二次电子探测器。在这种情况下，电子枪和电子显微镜镜筒的真空度设置为电子显微术中共有的值。电子显微镜的这部分通过减少光阑的压力从试样室中分隔开，光阑实质上是封闭电子显微镜的该部分的盖子。在盖子中间做一个小孔使得电子束能够通过，但是，其产生相当大的阻抗防止气体从试样室流到电子枪。当使用高效的真空泵时，能够将真空度保持为对于电子枪的操作来说可接受的值，反过来，在试样室的气体能够保持为试样需要的压力值。在试样和压力限制光阑之间，存在中间具有孔的电极板以使得电子束能够通过，并且在电极板施加有电位。从试样发射的二次电子被电极的电场吸引并被传送到探测器。这种结构所具有的明显缺点是使上述试样室的压力和探测器室(detector chamber)的压力同时达到最佳是不可能的。如果考虑到在真空中的生物试样和它们的存活，上述压力要保持到较高的值，此时通常不能充分满足对于探测器的操作的必需条件，反之亦然，如果将试样室的真空度为探测器操作设置到最佳的值，则生物试样不能够存活，而非损坏性的观察不能够进行。由利奥电子显微术有限公司(Leo Electron Microscopy Limited)申请的，申请号为WO 98/22971的专利中描述了另外一种系统，其中，负电压被施加到试样座，该负电压将由一次电子束从上述试样发射出来的二次电子抵制进入试样室的碰撞区域，其中加速的二次电子和在气体介质中的气体分子的碰撞触发一连串的碰撞，因此产生放大的二次电子信号，该信号在显微镜内被探测到。上述信号包括由加速的二次电子和气体介质中的气体分子碰撞产生的光子，其被一光电倍增器探测到，并经由光导传送到该光电倍增器。然而，上述系统不能够完全解决由背散射电子信号导致的堵塞二次电子信号的问题。除此之外，上述光子信号通常很微弱，所产生的图片质量较差。由利奥电子显微术有限公司(Leo Electron Microscopy Limited)申请的，英国专利号为2367686的专利中描述了另外一种系统，其使用与试样室相比具有不同真空值的探测器室，两个室由薄的铝箔隔开，铝箔防止气体从试样室渗透到探测器室，同时能够使得电子通过铝箔从试样室到达探测器室。上述系统的不足之处是，其不能够充分区分传递表面形貌信息的二次电子信号和传递样品材料信息的背散射的电子信号。也就是说，背散射电子很容易穿透铝箔并使得二次电子从朝向闪烁体的铝箔的表面发射出去。这些电子被闪烁体吸引，具有表面形貌信息的信号与具有样品材料信息的信号混合起来。如果背散射的电子碰撞将会导致上述两类信号进一步的混合，在穿过铝箔后直接到达闪烁体。另一个不足之处是，铝箔太薄，大约7.5纳米，因此在使用时容易损坏。此外，还有不足之处是，上述铝箔在容易被污染的试样室环境中，由于铝箔很薄，污染层很快就会达到与其可比的厚度，这会导致低能量的二次电子更差的穿透性，而不影响高能量的背散射电子，从而使得信号的收集效率更低。
技术实现思路
现有技术中的固有缺点被二次电子探测器，尤其是在扫描电子显微镜中的二次电子探测器显著地克服，本专利技术的主题存在于这样一种事实，即所述二次电子探测器由位于探测器室的传感器组成，一真空泵与所述传感器连接以使得在所述探测器室内产生真空，所述探测器室接近传感器的有效表面的壁上被光阑封闭，形成对于气体的传输具有高阻抗，对于电子的传输具有低阻抗的特征。所有其余的壁将所述探测器室的内部从周围环境严格真空地隔开。所述光阑具有对于气体的传输具有高阻抗，对于电子的传输具有低阻抗的特征，并由导电性隔栅组成，至少一个偏压电源连接到导电性隔栅上。所述导电性隔栅优选地由铜制成或由穿孔的电子绝缘材料的光阑构成，如卡普敦(capton)，同时所述光阑配备有喷涂在接近所述传感器的一面的第一导电涂层和应用到其相对面的第二导电涂层，其中，所述第一导电涂层与所述带二导电涂层相互电绝缘。所述偏压电源优选地是50到2000伏的偏压电源，更优选地为250到700的偏压电源。在所述二次电子探测器的另一实施方案中，所述传感器由光导构成，电离隔栅排列在所述光导的输入和导电性隔栅之间并且连接到所述电离电压源，同时所述光导的输出通向光电倍增器。在所述光导的优选实施方案中，所述光导在其输入端装配有一闪烁体，接近于所述导电性隔栅的所述闪烁体的表面具有导电涂层，一高电压源连接到所述导电涂层。在另一示例性实施方案中，所述传感器由PIN二极管构成。在另一示例性实施方案中，所述传感器装备有金属盘，一高电压源和电流探测器连接到所述金属盘。在上述所有描述的实施方案中，所述导电性隔栅在所述探测室的外部覆盖有一输入屏幕，所述输入屏幕优选地为半球形状，所述输入屏幕连接到50到500伏，优选地连接到80到150伏的低压电源。附图简要说明本专利技术将按照下面的附图进行详细描述，其中，附图说明图1显示的是在电子显微镜的试样室内具有卡普敦光阑的二次电子探测器的本专利技术的优选实施方案；图2显示的是在电子显微镜的试样室内具有铜隔栅的二次电子探测器的本专利技术的另一优选实施方案；图3显示的是根据本专利技术的应用在探测器的第一示例性实施方案的卡普敦光阑的剖视图；以及图4显示的是在电子显微镜的试样室内具有金属盘的二次电子探测器的本专利技术的优选实施方案。优选实施方案的详细说明图1显示的是根据本专利技术的二次电子探测器的示例性实施方案。二次电子探测器1包括位于探测器室3的传感器2，传感器2包括光导4，其输出5连接至光电倍增器(图中未示出)，其输出6连接到闪烁体7，闪烁体7表面被喷涂，同时，闪烁体7的涂层8连接到高电压源9。真空泵10连接至探测器室3以在探测器室3的内部产生真空。接近于闪烁体7的探测器室3的壁被由光阑12构成的导电性隔栅11所封闭，在给定的卡普敦实施方案中，上述隔栅11具有孔13，在其两侧具有导电涂层14和15。卡普敦光阑12的详细结构如图3所示。电压源16、17连接到导电涂层14、15。电压为250伏的电源16连接到接近传感器2的第一导电涂层14，而电压为500伏的电源17连接到远离传感器2的第二导电涂层15。导电性隔栅11在探测器室3的外部覆盖有半球型隔栅18，半球型隔栅18连接至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电子探测器，尤其是扫描电子显微镜中的二次电子探测器，其特征在于包括：传感器（２），其位于探测器室（３）内，一真空泵（１０）与所述探测器室连接以使得所述探测器室（３）内产生真空，所述探测器室（３）接近所述传感器（２）的有效表面 的壁被光阑封闭，形成对于气体的传输具有高阻抗、对于电子的传输具有低阻抗的特征，同时，所述探测器室所有其余的壁将所述探测器室（３）的内部从周围环境严格真空地隔开。

【技术特征摘要】
CZ 2002-6-17 PV 2002-21051.一种二次电子探测器，尤其是扫描电子显微镜中的二次电子探测器，其特征在于包括传感器(2)，其位于探测器室(3)内，一真空泵(10)与所述探测器室连接以使得所述探测器室(3)内产生真空，所述探测器室(3)接近所述传感器(2)的有效表面的壁被光阑封闭，形成对于气体的传输具有高阻抗、对于电子的传输具有低阻抗的特征，同时，所述探测器室所有其余的壁将所述探测器室(3)的内部从周围环境严格真空地隔开。2.如权利要求1所述的二次电子探测器，其特征在于所述光阑具有对于气体的传输具有高阻抗、对于电子的传输具有低阻抗的特征并由导电性隔栅(11)组成，至少一个偏压电源(16，17)连接到导电性隔栅(11)。3.如权利要求2所述的二次电子探测器，其特征在于所述导电性隔栅(11)由铜制成。4.如权利要求2所述的二次电子探测器，其特征在于所述导电性隔栅(11)由具有孔(13)的电绝缘材料制成的光阑(12)组成，所述光阑(12)具有喷涂在接近所述传感器(2)的一面上的第一导电涂层(14)和应用到其相对面的第二导电涂层(15)，其中，所述第一导电涂层(14)与所述第二导电涂层(15)相互电绝缘。5.如权利要求4所述的二次电子探测器，其特征在于所述光阑(12)是卡普敦光阑。6.如权利要求2到5中任意一项所述的二次电子探测器，其特征在于所述偏压电源(16，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯卡奇亚，马丁扎德拉日尔，菲利普洛保尔，
申请(专利权)人：泰斯坎公司，
类型：发明
国别省市：CZ[捷克]