CN107976458A - 低能量背散射电子探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低能量背散射电子探测器，该探测器包括半导体探测基底和设置在所述基底表面的覆膜，所述覆膜的材料为：铍、碳或石墨烯，或者这三种材料的任意组合。所述覆膜的厚度≤10nm。所述低能量背散射电子探测器包括第一内圈部分和第二外圈部分，所述第一内圈部分为环形，所述第二外圈部分包括绕所述第一内圈部分均匀地周向设置的多个子部分，操作时对各个部分探测的信号进行加和处理可得到样品的成分信息，作差处理可得到样品在连接各部分探测器方向上的形貌信息；多个部分可以独立工作或协同工作，可以分别得到样品的成分像或形貌像。本发明不但具有较强的电子穿透能力，且具有较好的探测效率。

Description

低能量背散射电子探测器
技术领域
本发明涉及电子探测器领域，尤其涉及一种低能量背散射电子探测器。
背景技术
扫描电子显微镜通过一束聚焦后的电子束照射样品，然后对样品发出的信号电子进行收集从而进行成像。信号电子主要分为二次电子和背散射电子，现有技术中，习惯将能量高于50电子伏的称为背散射的一次电子(即背散射电子)，而能量低于50电子伏的称为真正的二次电子(即二次电子)。相对应的电子探测器分为二次电子探测器和背散射电子探测器；二次电子的能量通常小于50eV，背散射电子通常为几千eV至几十千eV。
为了观察非导电样品或生物样品，扫描电子显微镜通常采用低落点能量(小于3KeV)，此时的背散射电子能量也较低，因此需要相应的能探测较低能量的背散射电子探测器。其中半导体背散射电子探测器(solid-state backscattered-electron detector)是较为常用的一种，通常情况下探测器表面有一层几百纳米厚的铝膜，其用来避免电荷在探测器表面积累。然而，当背散射电子能量较低时，此铝膜对电子造成的散射阻碍作用增加，减小了电子的接收效率。
因此，需要对这种半导体背散射电子探测器中的表面膜进行改进，从而适合对低能量的背散射电子进行高效的探测。
此外，能接收背散射一次电子的探测器有罗宾逊探测器和半导体探测器等。半导体探测器接收背散射电子从位置上讲，包容角大、距离近，接收能量信息最多。半导体探测器(半导体背散射电子探测器简称)是扫描电子显微镜中接受样品电子信息的第一单位器件，是第一个位于参加形貌成像关键元件。半导体探测器从形态分为二分割和四分割。如图2所示，现有的半导体背散射电子探测器为传统的四象限结构探测器示意图，大多采用四分割环形结构，这种四象限环形结构都是由一个完整的圆形硅片加工而成，将一整块圆形硅片分为四个单元，并在所述圆形硅片中间加工一个圆形的中心孔用于通过电子束。如图2所示，现有的背散射电子探测器包括B1,B2,B3,B4四个部分；四个部分可以对探测器进行独立探测及信号处理，也可以对四个部分探测信号进行加和、作差处理，得到样品的成分像或形貌像。但是，因为低能量的背散射电子的角度不同，将整个圆形硅片分为四个单元，不利于对不同角度的电子进行探测，对样品的测试精度不高。
相应地，本领域还需要一种新的半导体背散射电子探测器来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低能量背散射电子探测器，其电子穿透性强、探测精度提高，增加了探测器的探测功能。
具体地，本发明的低能量背散射电子探测器包括包括第一内圈部分和第二外圈部分。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述第一内圈部分为环形，所述第二外圈部分包括绕所述第一内圈部分均匀地周向设置的多个子部分。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述第二外圈部分包括两个对称设置的半环形子部分。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述第二外圈部分包括四个对称设置的四分之一环形子部分。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述低能量背散射电子探测器包括半导体探测基底和设置在所述半导体探测基底表面的覆膜，所述覆膜的材料为：铍、碳或石墨烯，或者这三种材料的任意组合。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述覆膜的厚度≤10nm。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述覆膜的厚度为5-10nm。
在上述低能量背散射电子探测器的优选实施方式中，所述覆膜的厚度<5nm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)探测器的镀膜用于避免电荷在探测器表面积累，平衡电子穿过，平衡电位，其对电子的接收效率与电子穿透薄膜的几率相关，对于低能量的电子来说，覆膜的材料及厚度决定了电子的穿透几率。电子的穿透几率正比于材料的原子序数，反比于材料的厚度。传统的材料为金属铝，其原子序数为13，本发明的膜材料采用原子序数小的金属铍或碳膜或石墨烯或其结合材料的覆膜，如铍的原子序数为4，碳的原子序数为6，使得低能电子穿透膜材料的几率增加，进而增加了电子的探测效率。
2)探测器基底中的半导体探测单元用于吸收电子束，产生信号，本发明将探测器结构设计成内圈部分和外圈部分，可以对具有不同背散射角的电子进行成像，其中，外圈部分为多个沿周向均匀分布的探测子部分，所述多个区域可以独立工作或协同工作，对电子进行区分探测，增加了探测信息，当对外圈部分的多个子部分的探测信号进行加和或做差处理时，可以分别得到样品的成分像或形貌像，增加了探测器的探测功能。
附图说明
图1为本发明的背散射电子探测器的结构示意图；
图2为现有技术的背散射电子探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例1的结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图。
图5为本发明实施例2对不同角度背散射电子探测的操作状态示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种低能量背散射电子探测器101，该探测器101包括半导体探测基底103和设置在所述基底表面的覆膜102，所述覆膜102的材料为铍、碳或石墨烯，或者这三种材料的任意组合，所述覆膜102的厚度小于等于10nm，优选地在5-10nm的范围内，更优选地小于5nm。
探测器对电子的接收效率与电子穿透覆膜102的几率相关，对于低能量的电子来说，覆膜102的材料及厚度决定了电子的穿透几率。电子的穿透几率正比于材料的原子序数，反比于材料的厚度。本发明的膜材料采用低原子序数的金属铍、碳或石墨烯，或者这三种材料的任意组合，使得低能量电子穿透覆膜102的几率增加，进而增加了电子的探测效率。同时，本发明采用的膜材料厚度较传统使用的膜材料减小，使得电子穿透膜材料的几率进一步增加。
具体地，如图1所示，电子束104穿过低能量背散射电子探测器的中心孔105，照射到样品106上，电子束104照射样品106后产生低能量背散射电子107，随后低能量背散射电子107穿过覆膜102进入到半导体探测基底103中被探测。
如图3所示，从纵向结构上讲，本发明实施例1的探测器包括第一内圈部分A和第二外圈部分B，由于具有这种结构，该探测器可以对具有不同背散射角的电子进行成像，其中内圈部分A探测高角度背散射电子，外圈部分B探测低角度背散射电子。其中，外圈部分B分为两个对称的半环形子部分B1’和B2’，可以更好地对低角度电子进行测探，对B1’和B2’探测的信号进行加和处理可得到样品的成分信息，对B1’和B2’探测的信号进行作差处理可得到样品在连接B1’和B2’探测器方向上的形貌信息。所述三个部分可以独立工作，也可以协同工作。
实施例二
本实施例2与实施例1的不同之处在于，探测器的纵向结构不同。具体地，如图4所示，实施例2的探测器也包括第一内圈部分A1和第二外圈部分B1，但是，第二外圈部分B1分为B11,B22,B33,B44四个部分。
如图5所示，工作时，此探测器可以对具有不同角度的背散射电子进行成像；电子束301穿过探测器的中心孔302照射到样品303上，产生的高角度背散射电子304被探测器的A部分接收，产生的低角度背散射电子305被探测器的B部分接收。
与传统的探测器相比，本发明的探测器因对电子进行了分区探测，增加了探测信息，其中A部分探测的高角度背散射电子信号主要反映了样品的成分信息，B部分探测的低角度背散射电子信号经处理既可以反映样品的成分信息，也可以反映样品的形貌信息。
具体地，如图4所示，当B部分分为B11,B22,B33,B44四个部分时，对B11,B22,B33,B44四个部分探测的信号进行加和处理可得到样品的成分信息，对B11和B33探测的信号进行作差处理可得到样品在连接B11和B33方向上的形貌信息；对B22和B44探测的信号进行作差处理可得到样品在连接B22和B44方向上的形貌信息。五个区域可以独立工作或协同工作，当对B11,B22,B33,B44四个部分的信号进行加和或做差处理时，可以分别得到样品的成分像或形貌像。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述低能量背散射电子探测器包括第一内圈部分和第二外圈部分。
2.根据权利要求1所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述第一内圈部分为环形，所述第二外圈部分包括绕所述第一内圈部分均匀地周向设置的多个子部分。
3.根据权利要求2所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述第二外圈部分包括两个对称设置的半环形子部分。
4.根据权利要求2所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述第二外圈部分包括四个对称设置的四分之一环形子部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低能量背散射电子探测器，所述低能量背散射电子探测器包括半导体探测基底和设置在所述半导体探测基底表面的覆膜，所述覆膜的材料为：铍、碳或石墨烯，或者这三种材料的任意组合。
6.根据权利要求5所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述覆膜的厚度≤10nm。
7.根据权利要求6所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述覆膜的厚度为5-10nm。
8.根据权利要求6所述的低能量背散射电子探测器，其特征在于，所述覆膜的厚度<5nm。
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