CN109742007B - 一种紧凑型带电粒子检测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型带电粒子检测器，其包括圆柱形或矩形的外壳，外壳的一端设置有吸引电极，外壳内设置有偏转电极，偏转电极下侧设置有半导体基探测器；吸引电极包括外侧电极和内侧电极，外侧电极和内侧电极均呈环形，且圆心重合，外侧电极与内侧电极间通过电阻栅极连接；偏转电极呈环形，且直径小于外侧电极并大于内侧电极；偏转电极的电压高于吸引电极。本发明能够解决现有技术中带电粒子监测器结构复杂、空间利用率低的问题，结构简单、效率高、可靠性强。

Description

一种紧凑型带电粒子检测器

技术领域

本发明涉及一种监测装置，具体涉及一种紧凑型带电粒子检测器。

背景技术

带电粒子监测装置对于带电粒子及粒子束相关仪器，如扫描式电子显微镜等，是必要的组成部分。通过由电子源射出的电子束与试件表面碰撞并偏折，释放信号电子，包括二次粒子及背向散射电子，并被带电粒子检测器检测到，从而实现对试件表面的检测。

由于信号粒子以二次粒子为主，其能量较小，且在电子束与试件表面碰撞并偏折过程中，释放的信号粒子方向呈散射状，即使在检测器内设置电极以吸引二次粒子，通过单一设置的检测器捕捉的二次粒子仍较少，使得为了获得足够信息，需要在检测器内设置光电倍增管，以将探测信号放大输出。但这样的探测效率仍然极低。

因此，一种解决方法是在扫描式电子显微镜的周围设置多个探测器，以提高二次粒子的捕获量；但由于探测器结构复杂，设置多个探测器时，其占用空间较大，因此，探测器的设置数量极为有限。最终的探测效率仍然较低。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中带电粒子监测器结构复杂、空间利用率低的问题的紧凑型带电粒子检测器。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种紧凑型带电粒子检测器，其包括圆柱形或矩形的外壳，外壳的一端设置有吸引电极，外壳内设置有偏转电极，偏转电极下侧设置有半导体基探测器；吸引电极包括外侧电极和内侧电极，外侧电极和内侧电极均呈环形，且圆心重合，外侧电极与内侧电极间通过电阻栅极连接；偏转电极呈环形，且直径小于外侧电极并大于内侧电极；偏转电极的电压高于吸引电极；外侧电极和内侧电极与偏转电极之间的空隙分别形成吸引带电粒子通过的通道，且通道的宽度为外侧电极和内侧电极分别到偏转电极的距离，两个通道的宽度之和大于外侧电极和内侧电极的间距。

上述技术方案中，优选的，外侧电极、电阻栅极和内侧电极间电压相同。

上述技术方案中，优选的，内侧电极的电压高于外侧电极。

上述技术方案中，优选的，电阻栅极为若干同心圆嵌套结构，同心圆内部呈网状结构。

上述技术方案中，优选的，偏转电极为电磁线圈。

上述技术方案中，优选的，偏转电极与内侧电极同轴设置。

本发明提供的上述紧凑型带电粒子检测器的主要有益效果在于：

本发明通过在外壳内设置吸引电极，以吸引带电粒子，通过设置偏转电极，以汇聚带电粒子，通过设置半导体基探测器，以吸收被汇聚的带电粒子。

通过将吸引电极设置为外侧电极与内侧电极配合的结构，同时在外壳内部设置偏转电极，由于偏转电极的电压高于吸引电极，因此外侧电极和内侧电极与偏转电极之间的空隙可分别形成吸引带电粒子通过的通道，且通道的宽度是外侧电极和内侧电极分别到偏转电极的距离，这两个通道的宽度之和显然大于外侧电极和内侧电极的间距，从而在缩小检测器体积的情况下提高了检测器吸引带电粒子的效率，进而提高了检测器的空间利用效率，相对于现有结构中通过扩大吸引电极的大小，以吸收更多带电粒子的方案，能够显著节省空间，从而能够在小范围内布置更多检测器。

通过用半导体基探测器替代现有结构中的闪烁器、光导管和光电倍增管的组合，能够显著缩小电子探测部分的体积。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的吸引电极和偏转电极通过带电粒子时作用的示意图。

图3是电阻栅极的结构示意图。

其中，1、吸引电极，11、外侧电极，12、内侧电极，13、电阻栅极，2、偏转电极，3、半导体基探测器，4、外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，其为紧凑型带电粒子检测器的结构示意图。

本发明的紧凑型带电粒子检测器包括圆柱形或矩形的外壳4，当需要密集布置时，可将检测器设置为矩形，以减小检测器间的空隙；当检测器分散布置时，可将其设置为圆柱形，以提高单个检测器的带电粒子捕获面积。

外壳4的一端设置有吸引电极1，外壳4内设置有偏转电极2，偏转电极2下侧设置有半导体基探测器3；吸引电极1包括外侧电极11和内侧电极12，外侧电极11和内侧电极12均呈环形，且圆心重合，外侧电极11与内侧电极12间通过电阻栅极13连接；偏转电极2呈环形，且直径小于外侧电极11并大于内侧电极12；偏转电极2的电压高于吸引电极1，使得带电粒子在电势差作用下发生偏转，以便被半导体基探测器3吸引；偏转电极2与内侧电极12同轴设置。

外侧电极11和内侧电极12与偏转电极2之间的空隙分别形成吸引带电粒子通过的通道，且通道的宽度为外侧电极11和内侧电极12分别到偏转电极2的距离，两个通道的宽度之和大于外侧电极11和内侧电极12的间距。

通过将吸引电极1设置为外侧电极11与内侧电极12配合的结构，同时在外壳4内部设置偏转电极2，相对于现有通过将吸引电极1扩大或将偏转电极2设置在外壳4外部以增加吸引带电粒子数量的方法，能够在有效减小检测器所占空间。

优选的，外侧电极11、电阻栅极13和内侧电极12间电压相同。如目标是二次电子时，吸引电极1的电压设置为+50V至+200V，则此时偏转电极2可设置为+100V至+500V，且偏转电极2的电压高于吸引电极；目标是二次正电荷离子时，吸引电极的电压设置为-50V至-200V，则此时偏转电极2可设置为-200V至-500V。

通过将外侧电极11、电阻栅极13和内侧电极12间电压设置为相同值，此时通过吸引电极1的二次粒子分布更加均匀，通过偏转电极2带动起偏转、向半导体基探测器3移动时，分布更均匀，以方便半导体基探测器3的识别。

优选的，内侧电极12的电压高于外侧电极11，此时电阻栅极13上的电压沿内侧电极12向外侧电极11逐渐减小。如目标是二次电子时，外侧电机11的电压设置为+50V至+100V，内侧电极12的电压设置为+100V至+200V，则此时偏转电极2可设置为+200V至+500V，且偏转电极2的电压高于吸引电极；目标是二次正电荷离子时，设置方式可以此类推。

如图2所示，通过将吸引电极1上的电压设置为不同值，可以使外部的带电粒子首先被吸引电极1的电势差吸引，向内侧电极12方向靠近，并通过电阻栅极13进入外壳4内，从而提高检测器吸引带电粒子的能力，进而提高检测器的检测效果；由于偏转电极2的电压高于内侧电极12，且偏转电极2的直径大于内侧电极12，从而能够带动被内侧电极12吸引的带电粒子在偏转电极2作用下偏转方向，向半导体基探测器3移动。

优选的，如图3所示，电阻栅极13为若干同心圆嵌套结构，同心圆内部呈网状结构。通过在外侧电极11和内侧电极12间设置电阻栅极13，并将电阻栅极13设置为若干同心圆嵌套结构，使得外侧电极11与内侧电极12间呈现电势差的梯度分布，并通过网状结构阻挡部分二次粒子，从而保证移动至半导体基探测器3的二次粒子呈现预期的分布。

可选的，偏转电极2为电磁线圈。相对于特定结构的电极，能有效节省成本，同时保证偏转效果。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，包括圆柱形的外壳(4)，外壳(4)的一端设置有吸引电极(1)，外壳(4)内设置有偏转电极(2)，偏转电极(2)下侧设置有半导体基探测器(3)；所述吸引电极(1)包括外侧电极(11)和内侧电极(12)，所述外侧电极(11)和内侧电极(12)均呈环形，且圆心重合，外侧电极(11)与内侧电极(12)间通过电阻栅极(13)连接；所述偏转电极(2)呈环形，且直径小于外侧电极(11)并大于内侧电极(12)；偏转电极(2)的电压高于吸引电极(1)；

外侧电极(11)和内侧电极(12)与偏转电极(2)之间的空隙分别形成吸引带电粒子通过的通道，且通道的宽度为外侧电极(11)和内侧电极(12)分别到偏转电极(2)的距离，两个通道的宽度之和大于外侧电极(11)和内侧电极(12)的间距。

2.根据权利要求1所述的紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，所述外侧电极(11)、电阻栅极(13)和内侧电极(12)间电压相同。

3.根据权利要求1所述的紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，所述内侧电极(12)的电压高于外侧电极(11)。

4.根据权利要求1所述的紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，所述电阻栅极(13)为若干同心圆嵌套结构，同心圆内部呈网状结构。

5.根据权利要求1所述的紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，所述偏转电极(2)为电磁线圈。

6.根据权利要求1所述的紧凑型带电粒子检测器，其特征在于，所述偏转电极(2)与内侧电极(12)同轴设置。

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