DE60027740T2 - Glasfasergekoppeltes elektronen-bildaufnahmegerät mit reduziertem streulicht unter verwendung von glasfasern mit absorbierender umhüllung - Google Patents

Glasfasergekoppeltes elektronen-bildaufnahmegerät mit reduziertem streulicht unter verwendung von glasfasern mit absorbierender umhüllung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einsatz bei einem Elektronenmikroskop und auf die Erfassung von Elektronenstrahlungsbildern durch Umwandlung derselben in eine Lichtabbildung und durch deren Übertragung auf eine elektronische Vorrichtung zur Lichtabbildung, und insbesondere auf die Verbesserung der Auflösung derartiger Abbildungen unter Vermeidung von Einbußen bei der Empfindlichkeit.
  • Elektronenmikroskope arbeiten mit einem Strahl aus beschleunigten Elektronen, die durch eine Probe hindurchgehen oder von dieser abgelenkt werden, um so eine Elektronenstrahlabbildung und/oder ein Beugungsmuster der Probe zu bilden. Für die Erzeugung einer Aufzeichnung dieser Abbildungen und/oder Beugungsmuster wurden die Elektronen unter Verwendung von Szintillatormaterialien (z.B. Einzelkristall-YAG und Phosphorelemente) in Lichtabbildungen umgesetzt und werden dann die Lichtabbildungen und/oder Muster anschließend von einem Abbildungssensor eingefangen. Eine Übertragungsoptik, im typischen Fall mit einer oder mehreren optischen Linsen oder einer faseroptischen Platte, überträgt die Lichtabbildung auf den Abbildungssensor. Während lange Zeit photographische Filme und Kameras zum Einfangen derartiger Lichtabbildungen und/oder Beugungsmuster verwendet wurden, fanden auf diesem Gebiet ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) der ursprünglich für die Astronomie entwickelten Art zum Einlesen von Lichtabbildungen in einen Rechner zunehmend Verwendung auf diesem Gebiet. Derartige CCD-Kameras bieten eine hervorragende Auflösung, Empfindlichkeit, Linearität, bis zu 2.048 × 2.048 Pixel, sind wie der verwendbar und machen die Abbildung zur Betrachtung innerhalb von Sekunden nach der Aufzeichnung verfügbar.
  • Im typischen Fall ist ein leitfähiges Medium auf die Eingangsfläche des Szintillators aufgetragen, um den Aufbau elektrischer Ladungen und auch den Eintritt von externen Quellen zu verhindern. Wenn es sich bei der Übertragungsoptik um eine faseroptische Platte handelt, wird der Szintillator im typischen Fall auf die faseroptische Platte geklebt, woraufhin die Platte mit einem optischen Koppelöl oder Koppelkleber mit dem Abbildungssensor gekoppelt wird.
  • Die Auflösung der Bauelemente nach dem Stand der Technik wird durch eine Reihe von Faktoren eingeschränkt, unter anderem durch den Umfang, auf den das an einem speziellen Punkt auf dem Szintillator erzeugte Licht auf ein einzelnes Pixel auf dem Abbildungssensor abgebildet wird. Bei heutigen Bauelementen zur Einkopplung von Abbildungen geht die Auflösung aufgrund des Austretens (der Streuung) von Licht zur Seite entweder im Szintillator oder in der Übertragungsoptik oder beidem verloren. Derartige Lichtstreuung erhöht das Hintergrundrauschen und erzeugt einen „Dunstschleier", wodurch es schwierig wird, Objekte, die nur Licht schwacher Intensität erzeugen, abzubilden, welche nahe Objekten liegen, die Licht mit stärkerer Intensität erzeugen.
  • Eine Lösung für das Problem der Abbildungsauflösung wird von Mooney und anderen in der US-Patentschrift Nr. 5,635,720 vorgeschlagen. Dort wird eine Licht absorbierende Schicht auf einem Szintillator positioniert, um vom Szintillator reflektiertes, gestreutes Licht zu absorbieren und zu verhindern, dass gestreutes Licht das Bauelement zur Abbildung erreicht. Während jedoch die Auflösung der Abbildung verbessert wird, nimmt die Empfindlichkeit des Bauelements wegen der Absorption von Licht ab.
  • Absorptionsmaterialien auf der Außenseite von Wänden wie zum Beispiel Glasstoffe wurden verwendet, um Streulicht von optischen Fasern zu absorbieren. Im typischen Fall wird jedoch Absorptionsglas auf der Außenseite von Wänden in Form von separaten Fasern in ein Faserbündel eingeleitet (zum Beispiel handelt es sich bei jeder n-ten Faser um eine substituierte EMA-Faser, wobei n eine Zahl >> 1 ist. Eine derartige Technik sorgt für einen statistischen Pegel des absorbierten Lichts, der im typischen Fall geringer als 10 % ist, doch sorgt sie nicht für die Art von selektiver Lichtabsorption, die bei der Elektronen-Mikroskopie erforderlich ist.
  • Dementsprechend besteht auf diesem Gebiet immer noch Bedarf an einer Vorrichtung, welche die letztendliche Auflösung der Abbildungssensoren verbessert, die zur Aufzeichnung von Abbildungen aus Elektronenmikroskopien verwendet werden, während die Empfindlichkeit der Vorrichtung nicht verringert wird.
  • Die vorliegende Erfindung deckt diesen Bedarf durch Schaffung eines Bilddetektors zum Erfassen von Elektronenbildern gemäß Anspruch 1, bei welchem entweder absorbierende optische Fasern auf der Außenseite von Wänden im Strahlungsweg einer Übertragungsoptik verwendet wird und bei welchem mit einer Übertragungsoptik gearbeitet wird, welche ohne Verwendung eines externen Klebstoffs oder externer Kleber mit dem Szintillator verbunden ist. Das Bauelement sorgt für eine verbesserte Auflösung von Elektronenabbildungen aus Elektronenmikroskopen, während die Empfindlichkeit der Vorrichtung nicht verringert wird. Dadurch wird es möglich, dass das Bauelement zur Beobachtung und Abbildung von Objekten verwendet werden kann, die nur Licht geringer Intensität erzeugen, die aber in der Nähe von anderen Objekten positioniert sind, die Licht mit stärkerer Intensität erzeugen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verbesserung der Auflösung von Elektronenabbildungen vorgesehen, welche einen Elektronenstrahl zur Bildung einer Elektronenabbildung, einen im Strahlungsweg des Elektronenstrahls angeordneten Szintillator zum Umwandeln der Elektronenabbildung in eine Lichtabbildung, und einen Abbildungssensor aufweist, der zum Empfangen und Aufzeichnen der Lichtabbildung positioniert ist. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Übertragungsoptik auf, welche dem Szintillator zum Übertragen der optischen Abbildung zum Abbildungssensor zugeordnet ist, wobei die Übertragungsoptik mindestens eine optische Faser aufweist, welche eine Lage aus Ummantelungsmaterial umfasst. Die mindestens eine optische Faser ist in Längsrichtung, bezogen auf eine optische Achse der Vorrichtung, ausgerichtet, im typischen Fall im Wesentlichen parallel zum Strahlungsweg des Elektronenstrahls. Die mindestens eine optische Faser weist eine Lage aus Licht absorbierendem Material auf der Lage aus Ummantelungsmaterial auf, welches zumindest einen Teil des Lichts dämpft, das seitlich von der Achse in die Übertragungsoptik eintritt. Mit dem Begriff „Licht seitlich von der Achse" ist hier Licht gemeint, das unter einem Winkel in die Übertragungsoptik eintritt, der größer als der kritische Winkel ist. Die Übertragungsoptik und der Szintillator sind dabei mit einander verbunden, wobei ein Verbindungsmittel wie ein Klebstoff oder ein anderer Kleber nicht vorhanden ist. Eine derartige Kleberschicht erhöht aufgrund von Passungsfehlern zwischen den Brechungsindizes an den Grenzflächen zwischen Szintillator und Kleber sowie Kleber und Übertragungsoptik die Lichtstreuung. Bei der vorliegenden Erfindung entfällt eine derartige Kleberschicht und werden stattdessen der Szintillator und die Übertragungsoptik direkt mit einander verbunden. Bei einer bevorzugten Form werden die Übertragungsoptik und der Szintillator unter Verwendung einer optischen Kontaktierung der jeweiligen Flächen mit anschließender Wärmebehandlung mit einander so verbunden, dass eine wirklich fehlerfreie Verbindungs-Grenzfläche gebildet wird, ohne dass Kleber oder andere Verbindungsmittel nötig werden. Außerdem weisen die Übertragungsoptik und der Szintillator jeweils einen Brechungsindex auf, der sich vom anderen Index um weniger als etwa 0,1 unterscheidet. Vorzugsweise weist dabei die Übertragungsoptik mehrere optische Fasern auf, die in einer Matrix bzw. Anordnung angeordnet sind, im typischen Fall einer sechseckigen Anordnung.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem Abbildungssensor um ein über Ladung gekoppeltes Bauelement, wäh rend die Übertragungsoptik eine faseroptische Platte ist. Der Szintillator kann aus jeglichem Szintillatormaterial bestehen, das auf diesem Gebiet Eingang in die Praxis gefunden hat, darunter auch Einzelkristall-YAG-Material (Yttrium-Aluminium-Granat) sowie Beschichtungen aus teilchenförmigen Phosphormaterialien. Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen den Brechungsindizes des Ummantelungsmaterials und der Licht absorbierenden Schicht weniger als etwa 0,1.
  • Ein bevorzugtes Umfeld für die vorliegende Erfindung ist ein Elektronenmikroskop nach Anspruch 9 mit einer Projektionskammer, durch welche ein Elektronenstrahl, welcher eine Elektronenstrahlabbildung und/oder ein Beugungsmuster bildet. Dabei weist eine derartige Vorrichtung den Bilddetektor zum Erfassen von Elektronenbildern nach Anspruch 1 auf.
  • Der Bilddetektor zum Erfassen von Elektronenbildern gemäß der Erfindung weist dabei sowohl eine Übertragungsoptik mit einer stark Licht absorbierenden Schicht auf der Außenseite der Wandung um jede optische Faser auf, sowie die Übertragungsoptik, welche direkt mit dem Szintillator verbunden ist. Diese Kombination aus Merkmalen bildet eine Vorrichtung, bei welcher die letztendliche Auflösung eines Abbildungssensors, der zum Aufzeichnen von Lichtabbildungen aus dem Elektronenmikroskop verwendet wird, verbessert wird, während die Empfindlichkeit der Vorrichtung nicht verringert wird. Bei Bedarf weist die Vorrichtung eine Licht reflektierende Schicht auf, die zwischen der Quelle der Elektronenstrahlabbildung und dem Szintillator positioniert ist. Eine bevorzugte Stelle für die reflektierende Schicht ist dabei auf einer Fläche des Szintillators positioniert. Ein für eine derartige reflektierende Schicht geeigneter Werkstoff ist Aluminium.
  • Dementsprechend besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, für eine Verbesserung der Auflösung bei Abbildungssensoren zu sorgen, die zur Aufzeichnung von Abbildungen aus Elektronenmikroskopen eingesetzt werden, während die Empfindlichkeit der Vorrichtung dadurch nicht beeinträchtigt oder verringert wird. Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, aus den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, in denen:
  • 1 eine vergrößerte schematisierte Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist;
  • 2 eine schematisierte Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, welche in der Projektionskammer eines Elektronenmikroskops positioniert ist;
  • 3 eine exemplarische optische Faser mit einer Ummantelung und einer EMA-Schicht in Querschnittsansicht darstellt;
  • 4 einen Teil eines hexagonal gestapelten Bündels aus optischen Fasern in Querschnittsdarstellung zeigt, und
  • 5 einen Teil eines hexagonal gepackten Bündels aus optischen Fasern in vergrößerter Querschnittsansicht darstellt, die gestapelt, gepresst und gezogen wurden.
  • Es wird nun auf 1 verwiesen, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbesserung der Auflösung dargestellt ist. Die Vorrichtung zur Verbesserung der Auflösung, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 angegeben ist, weist einen Szintillator 12 auf, der sich auf einer Übertragungsoptik wie zum Beispiel der faseroptischen Platte 14 abstützt. Bei einer bevorzugten Form weist der Szintillator 12 einen Einzelkristall auf wie zum Beispiel einen YAG-Kristall (Yttrium-Aluminium-Granat). Kristalle dieser Art können mit einer Stärke von etwa 5 bis 50 μm hergestellt werden. Es sollte dabei jedoch auch klar sein, dass auch andere Szintillatoren verwendet werden können, die polykristalline Stoffe und teilchenförmige Materialien enthalten. Zum Beispiel kann auf die faseroptische Platte ein pulverförmiges Phosphormaterial als Beschichtung aufgebracht werden, um so den Szintillator zu bilden. Ganz allgemein sollten Teilchengrößen beim Phos phor 1 μm oder weniger betragen, während die Beschichtung in einer Stärke von etwa 1 bis 25 μm aufgebracht werden sollte, um so eine zufällige Streuung von Elektronen und Licht aus den Teilchen auf ein Mindestmaß zu verringern.
  • Als Übertragungsoptik ist eine faseroptische Platte vorgesehen, welche übereinander gestapelte Glasfasern umfasst, die auf ihrer Oberfläche jeweils mit einem Glasüberzug oder einem anderen Werkstoff ummantelt sind. Außerdem liegt gemäß der vorliegenden Erfindung über der Ummantelungsschicht eine Lage aus Licht absorbierendem Werkstoff. 35 (die nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind) stellen schematisch im Querschnitt den allgemeinen Aufbau derartiger optischer Fasern dar. Dabei weist ein Kern 100 aus optischen Fasern eine darauf aufgebrachte Lage aus Ummantelungsmaterial 102 auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der optische Faser 100 um Glas mit einem vergleichsweise hohen Brechungsindex (der im typischen Fall mindestens etwa 1,8 beträgt). Dieses sorgt für eine vergleichsweise enge Anpassung an den Brechungsindex des Szintillatoren aus Einzelkristall-YAG (RI etwa 1,83). Vorzugsweise ist der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Glaskern und dem Szintillator kleiner als etwa 0,1. Damit werden die Lichtbrechung und Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der optischen Faser und dem Szintillator verringert. Außerdem sorgt der vergleichsweise hohe Brechungsindex des Glaskerns für eine Fehlanpassung im Brechungsindex, die relativ zur Ummantelungslage erforderlich ist, um für eine hohe numerische Blendenzahl bzw. Apertur (> 0,8) zu sorgen. Hierbei wird die numerische Apertur als Sinus des halben Winkels definiert, unter dem Licht (in Luft) in eine Faser eintritt, sich entlang deren Längserstreckung fortpflanzt und am anderen Ende austritt. Die numerische Apertur ist eine Funktion der Brechungsindizes des Glaskerns und des Ummantelungsmaterials. Bei der Ummantelungslage 102 handelt es sich auch vorzugsweise um ein Glas wie zum Beispiel Borsilikatglas. Im typischen Fall weist das Ummantelungsglas 102 einen Brechungsindex von etwa 1,5 auf.
  • Das darüber liegende Ummantelungsmaterial 102 ist eine Schicht aus einem Licht (optisch) absorbierenden Material 104. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Licht absorbierenden Material 104 um ein starkes Material zum Einsatz auf Außenwänden, wie zum Beispiel dunkel gefärbtes Glas (besonders bevorzugt ist hier schwarzes Glas), das so aufgebaut ist, dass es jedes unter hohem Winkel eintretende Licht neben der Achse im Wesentlichen dämpft, welches gegebenenfalls von benachbarten optischen Fasern gestreut wird. Bei Gläsern dieser Art handelt es sich im typischen Fall ebenfalls um Borsilikatgläser, die einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweisen. Die Gläser können unter Heranziehung von an sich bekannten Techniken gefärbt sein, zum Beispiel durch Zusatz bestimmter Metalle zur Glasspeise in kleinen Mengen.
  • Ganz allgemein liegt der Schmelzpunkt beim Ummantelungsmaterial 102 und bei dem Licht absorbierenden Material 104 etwas niedriger als der Schmelzpunkt beim Glasfaserkern, so dass ein Faserbündel gebildet und dann erwärmt werden kann, um die Ummantelung neben den Licht absorbierenden Lagen zur Bildung eines geschmolzenen Faserbündels weich zu machen. Wie in 4 schematisch dargestellt ist, werden Gruppen von optischen Fasern zusammengefasst, um im typischen Fall Faserbündel nach hexagonaler Stapelung zu bilden. Nach Erwärmung lassen sich die Faserbündel ziehen und so pressen, dass die Bündel eine eher hexagonale Form (4 Glasfaser) annehmen, wie sie in 5 dargestellt ist. Die gepressten, gezogenen und gestapelten Faserbündel werden dann zu einer faseroptischen Platte 14 zusammengefügt. Die Faserbündel lassen sich auch während der Herstellung einmal oder mehrmals schneiden. Gemäß der Darstellung sind die Fasern in den faseroptischen Platten in Längsrichtung, bezogen auf eine optische Achse der Vorrichtung, ausgerichtet. Im typischen Fall besitzen derartige faseroptische Platten eine Stärke in der Größenordnung von ein paar Millimetern und Durchmesser von bis zu 40 mm. Einzelne Fasern besitzen einen Durchmesser, der typischer kleiner als 10 μm ist. Die faseroptische Platte weist somit parallel ausgerichtete Fasern auf, welche Licht in geordneter Form übertragen, so dass eine Abbildung an einem Ende Faser für Faser (Pixel auf Pixel) zum anderen Ende übertragen wird.
  • Es wird nun wieder auf 1 verwiesen, wonach der Szintillator 12 bei Bedarf eine darauf angeordnete Reflexionsschicht 16 aufweist, die in der Weise wirksam ist, dass sie durch die Übertragungsoptik hindurch gestreutes Licht zurück reflektiert, um so die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erhöhen. Die Reflexionsschicht 16 kann eine dünne Lage aus leitfähigem Material wie zum Beispiel Aluminium aufweisen, das Elektronen gegenüber transparent ist. Somit kann die Reflexionsschicht auch die Funktion erfüllen, den Aufbau elektrischer Ladungen auf der Vorrichtung zu verhindern, die sich entladen und zur Lichtbogenbildung führen könnten. Darüber hinaus ist die Licht reflektierende Schicht 16 gegenüber externen Lichtquellen opak und verhindert den Eintritt von solchem Licht in die Vorrichtung.
  • Zur weiteren Verbesserung der Auflösungseigenschaften und der Empfindlichkeit der Vorrichtung sind der Szintillator 12 und die faseroptische Platte 14 ohne Verwendung eines herkömmlichen Verbindungsmittels wie Kleber oder Klebstoff aneinander befestigt. Stattdessen werden der Szintillator 12 und die faseroptische Platte durch Einsatz einer Technik zur optischen Kontaktierung und anschließende Wärmebehandlung mit einander verbunden, wie dies beispielsweise von Meissner in der US-Patentschrift Nr. 5,846,638 gelehrt wird.
  • Die Übertragungsoptik sollte die größtmögliche Lichtmenge vom Szintillator zum Abbildungssensor übertragen. Mit einem Kleber oder einem anderen Verbindungsmittel wird ein Teil des Lichts an jeder Grenzfläche/zwischen Szintillator und Klebstoff und zwischen Klebstoff und Übertragungsoptik) reflektiert, was zu einem verstärkten „Hintergrundrauschen" (d.h. Streulicht) führt. Sieht man eine Grenzfläche vor, die frei von einem Verbindungsmittel ist, so erhöht sich die Empfindlichkeit der Vorrichtung, während sich auch die Auflösung verbessert, da in diesem Fall die Reflexion und die Lichtstreuung schwächer sind.
  • Bei Kombination mit der Licht absorbierenden Außenwand-Schicht erfahren Licht, das unter einem hohen Winkel in jede optische Faser eintritt, und Licht, das nicht die Fasermitte trifft (und als hochwinkliges Licht gestreut wird) eine erhebliche Dämpfung (Absorption), wodurch auch die Auflösung der Abbildung verbessert wird. Unter hohem Winkel einfallendes Licht wird als Licht verstanden, das in die Übertragungsoptik unter einem Winkel eintritt, der größer als der kritische Winkel ist.
  • Es wird nochmals auf 1 Bezug genommen, wonach die faseroptische Platte 14 optisch mit einem Abbildungssensor 20 unter Verwendung einer öligen Flüssigkeit 18 gekoppelt werden kann. Ein derartiges Öl, das so gewählt wird, dass es einen Brechungsindex aufweist, der gleich dem Brechungsindex des Glases in der faseroptischen Platte 14 ist oder diesem sehr nahe kommt, verbessert die Übertragung von Licht zwischen der faseroptischen Platte 14 und dem Abbildungssensor 20. Da der Abbildungssensor 20 bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen betrieben wird, wie nachstehend noch ausführlicher erläutert wird, sollte das Koppelöl außerdem einen niedrigen Gefrierpunkt besitzen, damit es auch bei Temperaturen von bis zu etwa –40 °C flüssig bleibt.
  • In 2 ist nun eine schematisierte Ansicht eines typischen Einsatzfalls der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem eine Abbildungsvorrichtung wie zum Beispiel eine Kamera mit einem über Ladung gekoppelten Bauelement (CCD) 40 auf der Projektionskammer 42 eines Durchstrahlungs-Elektronenmikroskops (TEM-Mikroskop) montiert ist. Es ist daraus zu ersehen, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei einem Elektronenrastermikroskop (SEM-Mikroskop) oder auch bei einem Raster-TEM-Mikroskop (STEM-Mikroskop) einsetzbar ist. Im typischen Fall ist die Projektionskammer dabei am Ende einer optischen Säule eines TEM-Mikroskops angebracht, wobei ein Sichtbildschirm 44 darin untergebracht ist, der entweder in eine Beobachtungsposition abgesenkt oder in eine Position hochgefahren wird, in welcher er den Elektronenstrahl 46 nicht abfängt, der in die Kammer projiziert wird. In der Projektionskammer kann auch ein Filmmagazin untergebracht werden, das eine (hier nicht dargestellte) Filmtransportmechanik aufweist und einen Bogen Photo-Filmpapier 48 in eine Belichtungsposition einschiebt und nach der Belichtung den Bogen wieder in das Magazin zurückschiebt.
  • Die typische Projektionskammer besitzt außerdem mehrere Anschlüsse, die sich zur Befestigung einer Abbildungsvorrichtung wie zum Beispiel einer Kamera eignen und von denen sich eines für gewöhnlich am Boden der Kammer befindet. Die Kammer wird normalerweise über eine Unterdruckpumpe 50 evakuiert, die zu einem Ventilschieber 52 führt, welcher die Kammer entweder für eine Hochvakuum-Pumpe 54 (z.B. mit 10–6 Torr; 1,36 × 10–9 kg/cm2) öffnet oder gegenüber dieser schließt. Der Ventilschieber wird bei den meisten modernen TEM-Geräten pneumatisch über zwei Einlässe 56 und 58 in der Weise gesteuert, dass die Leitung von Druckluft in einen Einlass das Ventil zum Öffnen veranlasst, wohingegen die Einleitung von Druckluft in den anderen Einlass die Schließung des Ventilschiebers bewirkt.
  • Ein Elektronenstrahl 46, welcher eine Elektronenstrahlabbildung bzw. ein Beugungsmuster aus einer Probe in dem Mikroskop bildet, bewegt sich durch die Projektionskammer 42 hindurch. Die Kamera 40 umfasst dabei den Detektor für die Elektronenstrahlabbildung 10 (der in 1 in vergrößertem Querschnitt dargestellt ist). Die Vorrichtung 10 umfasst einen Szintillator 12, welcher die Elektronenstrahlabbildung in eine Lichtabbildung umwandelt. Der Szintillator 12 stützt sich dabei auf einer Übertragungsoptik wie zum Beispiel der faseroptischen Platte 14 ab. Mit dem Begriff „Lichtabbildung" ist hier ganz allgemein Licht im sichtbaren Spektrum gemeint, auch wenn es einige Szintillator-Materialien gibt, welche Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums im infrarotnahen oder im ultravioletten Bereich des Spektrums erzeugen können. Dabei umfasst der Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von Szintillator-Materialien, welche Abbil dungen auch im Infrarotbereich, im sichtbaren Bereich und/oder im ultravioletten Bereich des Spektrums erzeugen.
  • Die faseroptische Platte 14 ist optisch mit einem Abbildungssensor wie zum Beispiel einem zweidimensionalen Sensor 20 mit einem über Ladung gekoppelten Bauelement (CCD) mit einer Ölschicht 18 zur optischen Kopplung gekoppelt. Derartige CCD-Sensoren sind auf dem Markt von mehreren Herstellern, unter anderem Kodak, Ford, Scientific Imaging Technologies (SITe), Hamamatsu, Thomson CSF und English Electric Valve Ltd. zu beziehen. Bevorzugte Abbildungsvorrichtungen in Festkörpertechnik sind CCD-Kameras für wissenschaftliche Einsatzzwecke, deren Erfassungsfläche 1024 × 1024 oder mehr Pixel umfasst. Es sollte dabei jedoch darauf geachtet werden, dass jede Abbildungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Lichtabbildung zu erfassen und ein elektronisches Signal zu erzeugen, hier eingesetzt werden kann, unter anderem auch eine Katodenstrahlröhre bzw. Fernsehröhre.

Claims (12)

  1. Bilddetektor zum Erfassen von Elektronenbildern (10), welcher einen Szintillator (12) aufweist, der sich im Strahlungsweg eines Elektronenstrahls befindet und zur Umwandlung eines Elektronenstrahlungsbildes in eine Lichtabbildung dient, ferner einen Abbildungssensor (20), der so positioniert ist, dass er die Lichtabbildung empfängt und aufzeichnet, und eine Übertragungsoptik (14), die dem Szintillator zur Übertragung der optischen Abbildung an den Abbildungssensor zugeordnet ist, wobei die Übertragungsoptik mindestens einen Lichtwellenleiter mit einer Schicht aus Ummantelungsmaterial (102) aufweist, wobei mindestens ein Lichtwellenleiter in Längsrichtung, bezogen auf eine optische Achse der Vorrichtung, ausgerichtet ist und der mindestens eine Lichtwellenleiter eine Lage aus Licht absorbierendem Material (104) auf der Schicht aus Ummantelungsmaterial umfasst, welches zumindest einen Teil des Lichts dämpft, das seitlich von der Achse in die Übertragungsoptik eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsoptik und der Szintillator mit einander verbunden sind, wobei ein Verbindungsmittel nicht vorhanden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Abbildungssensor ein über Ladungen gekoppeltes Bauelement ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des Weiteren eine Licht reflektierende Schicht (16) aufweist, die zwischen dem Szintillator und der Quelle des Elektronenstrahls positioniert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Übertragungsoptik eine faseroptische Platte aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Szintillator einen Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall bzw. YAG-Kristall aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Szintillator eine Beschichtung aus Phosphor in Partikelform aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zwischen dem Ummantelungsmaterial und der Licht absorbierenden Schicht ein Unterschied in ihrem jeweiligen Brechungsindex vorliegt, der geringer als etwa 0,1 ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Übertragungsoptik mehrere Lichtwellenleiter aufweist, die in einer sechseckigen Anordnung gepackt sind.
  9. Elektronenmikroskop mit einer Projektionskammer, durch welche ein Elektronenstrahl hindurchgeht, welcher ein Elektronenstrahlungsbild und/oder ein Beugungsmuster bildet, welches eine Vorrichtung zur Verbesserung der Auflösung von Abbildungen aufweist, welche von dem Elektronenmikroskop gebildet werden und in der Projektionskammer so positioniert ist, dass sie den Elektronenstrahl abfängt, wobei es sich bei der Vorrichtung um den Bilddetektor zum Erfassen von Elektronenbildern nach Anspruch 1 handelt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Übertragungsoptik und der Szintillator durch optische Kontaktierung und anschließende Wärmebehandlung mit einander verbunden sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die reflektierende Schicht auf einer Fläche des Szintillators positioniert ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die reflektierende Schicht Aluminium enthält.
DE60027740T 1999-09-30 2000-09-29 Glasfasergekoppeltes elektronen-bildaufnahmegerät mit reduziertem streulicht unter verwendung von glasfasern mit absorbierender umhüllung Expired - Lifetime DE60027740T2 (de)

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