PL207238B1 - Układ detekcyjny elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ detekcyjny elektronów wtórnych do skaningowego mikroskopu elektronowego, przeznaczony zwłaszcza do pracy w zakresie ciśnień w komorze przedmiotowej rzędu 100 Pa.

Z opisu patentowego nr PL 189 008 pt. Wysokociśnieniowy skaningowy mikroskop elektronowy, oraz ze zgłoszenia patentowego nr P359748, pt. „Układ detekcyjny elektronów wtórnych do skaningowego mikroskopu elektronowego znany jest układ detekcyjny elektronów wtórnych, złożony z płytki mikroporowatej, korzystnie typu mikrosferoidalnego oraz detektora elektronów wtórnych typu scyntylacyjnego. W obu rozwiązaniach, strumień elektronów wtórnych jest wprowadzany do otworu w dolnej ściance komory poś redniej, spolaryzowanej odpowiednim napięciem elektrycznym. Otwór ten stanowi jednocześnie dolną aperturę dławiącą przepływ gazu z komory przedmiotowej do komory pośredniej. Elektrony wtórne, które wpadły do wnętrza komory pośredniej kierowane są na powierzchnię wejściową płytki mikroporowatej umieszczonej na osi kolumny elektronooptycznej i przechodząc przez płytkę mikroporowatą ulegają powieleniu. Po stronie wyjściowej płytki mikroporowatej, wzmocniony strumień elektronów wtórnych zostaje przyciągnięty przez scyntylator spolaryzowany wysokim napięciem i podlega końcowej detekcji, to jest przetworzeniu na sygnał świetlny, przesyłany światłowodem do fotopowielacza celem powtórnego przetworzenia na sygnał elektryczny.

Detektor tego typu nie może dokonać skutecznej detekcji elektronów wstecznie rozproszonych, bowiem dysponują one zbyt dużymi energiami początkowymi by mogły zostać zogniskowane w otworze dolnej ścianki komory pośredniej i wniknąć do jej wnętrza. Wobec tego, sygnał wyjściowy tego detektora nie zawiera pełnych informacji o obiekcie, bowiem elektrony wstecznie rozproszone niosą informację o kompozycji materiałowej, podczas gdy elektrony wtórne zawierają informacje głównie o jego topografii.

Detektor elektronów wtórnych znany z japońskiego opisu patentowego JP8212962, przeznaczony jest do rozdziału strumienia elektronów według ich energii stosowane są elektrody w formie siatki, przy czym detektor ma dwa zespoły siatek odbierające dwie grupy energetyczne elektronów, środkowy z siatką w kształcie klina, przez którą przechodzą elektrony o energii większej niż 200 eV, podczas gdy elektrony o mniejszych energiach są odbijane do siatek bocznych o identycznej konstrukcji. To czy elektron trafi do lewej czy też prawej siatki, zależy od tego czy wszedł do detektora z prawej czy lewej strony jego osi, a wię c czy odbił się na prawym czy lewym zboczu siatki centralnej. Obie siatki połączone są równolegle, a ich sygnały trafiają do wspólnego fotopowielacza, bez możliwości rozdzielenia niesionych przez nie informacji. Zatem w cytowanym opisie, celem równoległego połączenia dwóch detektorów jest jedynie zwiększenie amplitudy sygnału wyjściowego. Siatki detektora umieszczone są nad stolikiem, z boku osi wiązki elektronowej, co powoduje asymetryczny odbiór sygnału elektronów wtórnych i elektronów rozproszonych wstecznie, niekorzystny przy pracy mikroskopu z kontrastem materiałowym.

Przedmiotem wynalazku jest układ detekcyjny elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego, wyposażony w płytkę mikroporowatą, elektrodę ogniskującą i dwa scyntylatory połączone ze światłowodami oraz fotopowielaczem.

Istota układu polega na tym, że płytka mikroporowata jest zamocowana na górnej ściance komory pośredniej poniżej górnego scyntylatora, który jest spolaryzowany wysokim dodatnim napięciem i powyż ej dolnego scyntylatora, który jest zamocowany do ś cianki po stronie stolika przedmiotowego. Pomiędzy czołem fotopowielacza oraz końcami górnego światłowodu i dolnego światłowodu jest umieszczona ruchoma przesłona z otworem. W komorze pośredniej, jest co najmniej jedna elektroda ogniskująca, która ma otwór na osi wiązki elektronowej.

Korzystnie elektroda ogniskująca jest usytuowana na powierzchni dolnego scyntylatora.

Zaletą układu detekcyjnego elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego według wynalazku jest możliwość uzyskania w jednym układzie detekcyjnym: sygnału elektronów wtórnych, lub alternatywnie sygnału elektronów wstecznie rozproszonych, albo też sygnału stanowiącego sumę obu wymienionych sygnałów.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest odtworzony na rysunku, który przedstawia przekrój poprzeczny układu detekcyjnego elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego w.

Układ detekcyjny elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego jest zamontowany w korpusie 1, wykonanym z teflonu. W dolnej części korpusu 1 jest umieszczona ścianka 2 oddzielająca wnętrze korpusu 1 stanowiące komorę pośrednią 3 od obszaru

PL 207 238 B1 komory przedmiotowej 4. Do ścianki 2 jest zamocowany dolny scyntylator 5, w postaci płytki z małym otworem na osi wiązki elektronowej WE. Dolny scyntylator 5 jest połączony z dolnym światłowodem 6 prowadzącym do fotopowielacza 7. Powyżej dolnego scyntylatora 5, lub na jego górnej powierzchni jest umieszczona elektroda ogniskująca 8 z otworem na osi wiązki elektronowej WE. Na górnej ściance komory pośredniej jest zamocowana płytka mikroporowata 9 typu mikrosferoidalnego, wykonana w formie spieku z mał ych kuleczek szklanych. Pł ytka mikroporowata 9 ma otwór z zamocowaną w nim rurką ekranującą 10, umieszczony na osi wiązki elektronowej WE i umożliwiający jej przejście do stolika przedmiotowego 11. Powyżej płytki mikroporowatej 9 umieszczony jest górny scyntylator 12, połączony z górnym światłowodem 13 prowadzącym do fotopowielacza 7. Pomiędzy fotopowielaczem 7, a końcami górnego światłowodu 13 i dolnego światłowodu 6 znajduje się ruchoma przesłona 14 z otworem 15.

Tak zbudowany układ detekcyjny elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego działa w następujący sposób.

Elektrony wstecznie rozproszone EWR wygenerowane z preparatu umieszczonego na stoliku przedmiotowym 11 charakteryzują się dużą energią kinetyczną i poruszają się po torach prostoliniowych. W związku z tym padają na powierzchnię dolnego scyntylatora 5, gdzie ulegają przetworzeniu na sygnał świetlny, transportowany dolnym światłowodem 6 do fotopowielacza 7, gdzie ulega on ostatecznie przetworzeniu na sygnał elektryczny. Sygnał z tego toru detekcyjnego zawiera informacje o kompozycji materiałowej preparatu. Z kolei, elektrony wtórne EW o małej energii kinetycznej są przyśpieszane i ogniskowane w otworze dolnego scyntylatora 5 przez pole elektryczne soczewki immersyjnej, utworzonej dzięki napięciu elektrycznemu między stolikiem przedmiotowym 11 i powierzchnią dolnego scyntylatora 5 pokrytą cienką warstwą przewodzącą, oraz elektrodą ogniskującą 8. Biegnąc dalej, elektrony wtórne EW padają na płytkę mikroporowatą 9 działającą jak powielacz elektronowy i przechodzą c przez nią ulegają wzmocnieniu, a nastę pnie zostają przycią gnię te do górnego scyntylatora 12 spolaryzowanego wysokim dodatnim napięciem. W górnym scyntylatorze 12 sygnał elektronów wtórnych EW zostaje przetworzony na sygnał świetlny i przesłany górnym światłowodem 13 do fotopowielacza 7, gdzie następuje jego ostateczna konwersja na sygnał elektryczny. Sygnał elektronów wtórnych EW zawiera informację o topografii badanej powierzchni. Ruchoma przesłona 14 umieszczona między czołem fotopowielacza 7 oraz końcami górnego światłowodu 13 i dolnego światłowodu 6 służy do wyboru rodzaju sygnału docierającego do fotopowielacza 7. W pozycji pośredniej, końce obu światłowodów mieszczą się w świetle otworu 15 i do fotopowielacza dociera zarówno sygnał elektronów wtórnych EW jak i elektronów wstecznie rozproszonych EWR. Obraz syntezowany przy wykorzystaniu obu sygnałów charakteryzuje się mieszanym kontrastem topograficzno-materiałowym. Proporcje między obu składowymi kontrastu można regulować zmieniając napięcie zasilające płytkę mikroporowatą 9, decydujące o wzmocnieniu przechodzącego przez nią prądu elektronów wtórnych EW. Przesunięcie ruchomej przesłony 14 w przeciwległe pozycje krańcowe, powoduje zasłonięcie przez jej obrzeża górnego światłowodu 13, lub alternatywnie dolnego światłowodu 6. Dzięki temu można uzyskać obraz mikroskopowy o dominującym kontraście materiałowym lub topograficznym.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ detekcyjny elektronów wtórnych i wstecznie rozproszonych do skaningowego mikroskopu elektronowego, przeznaczony zwłaszcza do pracy w zakresie ciśnień w komorze przedmiotowej rzędu 100 Pa, wyposażony w korpus ze ściankami oddzielającymi, którego wnętrze stanowi komorę pośrednią oraz płytkę mikroporowatą, elektrodę ogniskującą i dwa scyntylatory połączone ze światłowodami oraz fotopowielaczem, znamienny tym, że płytka mikroporowata (9) jest zamocowana na górnej ściance komory pośredniej (3) poniżej górnego scyntylatora (12), który jest spolaryzowany wysokim dodatnim napięciem i powyżej dolnego scyntylatora (5), który jest zamocowany do ścianki (2) po stronie stolika przedmiotowego (11).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy czołem fotopowielacza (7) oraz końcami górnego światłowodu (13) i dolnego światłowodu (6) jest umieszczona ruchoma przesłona (14) z otworem (15).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w komorze pośredniej (3), jest co najmniej jedna elektroda ogniskująca (8), która ma otwór na osi wiązki elektronowej (WE).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że elektroda ogniskująca (8) jest usytuowana na powierzchni dolnego scyntylatora (5).