CN1307432C - 电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置及离子检测器 - Google Patents

电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置及离子检测器 Download PDF

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Abstract

在电子束检测器中，通过光波导将化合物半导体基片的荧光出射表面与光检测器的光入射面光学耦合，并将化合物半导体基片与光检测器物理连接，从而将化合物半导体基片与光检测器连为一体。将入射到化合物半导体基片的电子变换为荧光时，光波导将该荧光导向光检测器，通过光检测器检测荧光来检测入射的电子束。

Description

电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置及离子检测器
技术领域
本发明涉及电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置以及离子检测器。
背景技术
测量高强度的电子束时，传统的电子束检测器测量的是电子束所产生的电流值。
另一方面，电子束的强度较弱时，例如，将电子束检测器用于扫描型电子显微镜的场合，电荷量较小。因此，在样品表面照射电子束，并收集样品表面中产生的二次电子照射在荧光体上。以光电倍增管测量荧光体中产生的荧光。
这种已知的荧光体有：CaF2、CaP5O14、P47、P46、YAG：Ce3+、YAP：Ce3+(多晶体)以及YAP：Ce3+(单晶体)等。但是，任何荧光体都不能得到充分的响应特性。
发明内容
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供可得到充分的响应特性的电子束检测器，以及采用电子束检测器的扫描型电子显微镜、质量分析装置以及离子检测器。
为了解决上述课题，本发明的电子束检测器，其特征在于设有：有电子束入射表面和荧光出射表面的、将入射到该电子束入射表面的电子变换为荧光并从荧光出射表面射出上述荧光的化合物半导体基片；光检测器；以及将上述化合物半导体基片的荧光出射表面和上述光检测器的光入射面光学上耦合，将上述化合物半导体基片和上述光检测器物理上连接，因而使上述化合物半导体基片和上述光检测器一体化的连接部分；该连接部分向上述光检测器引导上述化合物半导体基片受电子束的入射而产生的荧光，该光检测器检测该荧光。
化合物半导体，例如，III-V族或II-VI族的化合物半导体，被电子束照射时发出荧光。发明人发现：化合物半导体受电子束的入射而产生荧光时的响应特性极高，就是说，受电子束入射而产生的荧光寿命极短。本发明的电子束检测器中，通过连接部分来光学上耦合化合物半导体基片的荧光出射表面和光检测器的光入射面，并物理地连接化合物半导体基片和光检测器，因而，使化合物半导体基片和光检测器成为一体。化合物半导体基片受电子束的入射而产生荧光，并将该荧光从荧光出射表面射出时，连接部分将该荧光导入光检测器。通过光检测器检测荧光来检测入射的电子束。这样，由于化合物半导体基片与光检测器的光入射面光学上耦合，且两者构成一体，本发明的电子束检测器具有充分的响应特性。因此，本发明的电子束检测器，能够用于扫描型电子显微镜或质量分析装置等。
这里，在化合物半导体基片中，荧光出射表面最好形成在电子束入射表面的相反侧。因为这样能有效地同时保证电子入射区和荧光出射区。
化合物半导体基片中，最好有化合物半导体基片层和在化合物半导体基片层上形成的、将入射的电子变换为荧光的化合物半导体发光层。这种结构的化合物半导体基片，由连接部分来与光检测器可靠连接。
化合物半导体发光层，最好由III-V族或II-VI族的化合物半导体形成。例如，化合物半导体发光层，最好由GaAs、GaAsP、GaN、GaAlN、GaInN、ZnS以及ZnSe构成的组中至少任意一种材料形成。由这种材料形成的化合物半导体发光层，受电子束入射后快速产生荧光，并且，其响应特性很高。特别是，由GaAsP层构成化合物半导体发光层，由AlGaAsP层构成化合物半导体基片层最为理想。依据这种结构的化合物半导体基片，能够得到极高的响应特性。也可以由GaAs层构成化合物半导体发光层，由AlGaAs层构成化合物半导体基片层。同样能够得到极高的响应特性。
并且，化合物半导体基片层最好设有荧光出射表面，这种荧光出射表面通过连接部分与光检测器连接。由于在化合物半导体发光层和连接部分之间布置化合物半导体基片层，可防止化合物半导体发光层被连接部分污染的情形。
化合物半导体基片中可以有在化合物半导体发光层上形成的化合物半导体被覆层。在这种场合，化合物半导体被覆层含有电子束入射表面。但是，也可以不设化合物半导体被覆层。在这种场合，化合物半导体发光层含有电子束入射表面。
本发明的电子束检测器，最好在化合物半导体基片的电子束入射表面上设置金属层。例如，化合物半导体基片设有化合物半导体被覆层时，可以将金属层设在化合物半导体被覆层上。另一方面，化合物半导体基片不含化合物半导体被覆层时，可以将金属层设在化合物半导体发光层上。通过在金属层上施加正电压，使电子束入射化合物半导体基片的电子束入射表面。金属层，亦有抑制化合物半导体基片内部的电荷增加(charge up)或将荧光发射到光检测器上的功能。
或者，在化合物半导体基片的电子束入射表面上可以不设金属层，使得化合物半导体基片的电子束入射表面露出。在这种场合，如使化合物半导体基片的电子束入射表面的载流子浓度为1×1019cm-3以上时，能够抑制化合物半导体基片内部的电荷增加。例如，化合物半导体基片不含化合物半导体被覆层时，可以通过使整个化合物半导体发光层或含有该露出表面的表层的载流子浓度为1×1019cm-3以上来抑制化合物半导体基片内部的电荷增加。
连接部分最好由荧光透过性的粘接剂层形成。不仅能够可靠的连接化合物半导体基片和光检测器，而且能够将化合物半导体基片中产生的荧光准确地导入光检测器。
或者，连接部分，可以由用荧光透过性材料形成的光学构件构成，且化合物半导体基片的荧光出射表面安装于光学构件的一个端面，而光学构件的另一端面安装于光检测器的光入射面。通过光学构件，能够可靠的连接化合物半导体基片和光检测器，并且，能够将化合物半导体基片中产生的荧光准确导入光检测器。在这种场合，光学构件最好是玻璃，连接部分中最好还设有化合物半导体基片的荧光出射表面上形成的SiN层，以及在SiN层上形成的SiO2层。通过熔接SiO2层和玻璃来可靠的连接光学构件和化合物半导体基片。SiN层和SiO2层能够准确将荧光导入光学构件，并且，SiN层也作为反射防止膜起作用。连接部分中，如果还设有将由玻璃形成的光学构件和光检测器的光入射面粘接的荧光透过性粘接剂层时，就能够可靠连接光学构件和光检测器，并且，将光学构件导入的荧光准确导入光检测器。
本发明的电子束检测器中，还可包括在化合物半导体基片的电子束入射表面相对的位置上设置的电子倍增部分，使得在这种电子倍增部分上放大的电子束入射到电子束入射表面。依据这种结构，能高精度检测微弱的电子束。这里，电子倍增部分，例如，最好为微细通道板。采用微细通道板，能够放大微弱的电子束，并且，不仅可进行电子束的检测，也能进行离子的检测。
最好，光检测器由光电倍增管构成，化合物半导体基片的荧光出射表面通过连接部分连接到光电倍增管的光入射窗。使用光电倍增管时，也能高精度检测微弱的电子束。这里，光电倍增管中最好设有：用以与光入射窗共同形成真空区的、例如由侧管和管座构成的室壁、在光入射窗的里面的真空区内部形成的光电阴极、在真空区内部形成的电子倍增部分与阳极。光电阴极，受来自化合物半导体基片的荧光的入射而生成电子，电子倍增部分放大电子，阳极收集倍增的电子。由于光电阴极、电子倍增部分以及阳极形成于真空区内部，即使将电子束检测器从用以检测电子束的真空容器中取出，也不会有这些光电阴极、电子倍增部分以及阳极暴露大气中的情形。因此，能够防止这些部件的恶化，并能按照各种用途自由使用电子束检测器。另外，电子倍增部分，最好是层叠了多个倍增电极的类型。由于这种层叠型的电子倍增部分响应特性高，通过与响应特性高的化合物半导体基片形成一体，能以极高的响应特性进行电子束检测。
或者，光检测器，也可以含有雪崩光电二极管。这种场合，化合物半导体基片的荧光出射表面，也通过连接部分来与光检测器的光入射面连接。这样使用雪崩光电二极管时，也能高精度检测微弱的电子束。这里，光检测器的光入射面小于化合物半导体基片的荧光出射表面时，连接部分最好一边缩小其输出面，一边将荧光导入光检测器的光入射面。这种场合，连接部分最好由例如含有化合物半导体基片的荧光出射表面上连接的荧光输入面和光检测器的光入射面上连接的荧光输出面的玻璃或光纤板等光波导形成，其荧光输出面小于荧光输入面。由于能够采用光入射面面积小且响应特性好的雪崩光电二极管，能够以良好的响应特性进行电子束检测。而且，由于一边缩小荧光输出面一边进行导入，能够使用大面积的化合物半导体基片。因此，由于能够一次性大面积接受电子束进行检测，能够提高检测精度。
并且，依据另一观点，本发明的扫描型电子显微镜的特征在于：
设有：构成真空室的室壁，用以电子束扫描布置在该真空室内的样品表面的电子束扫描部分，含有电子束入射表面和荧光出射表面的、将入射该电子束入射表面的电子变换为荧光并从上述荧光出射表面射出该荧光的化合物半导体基片，光检测器，以及光学上耦合上述化合物半导体基片的荧光出射表面和上述光检测器的光入射面、物理连接上述化合物半导体基片和上述光检测器、因而使上述化合物半导体基片和上述光检测器成为一体的连接部分；还设有电子束检测器，其中上述连接部分向上述光检测器导入上述化合物半导体基片受电子束的入射而产生的荧光，上述光检测器检测上述荧光；在上述室壁安装上述电子束检测器，至少使得上述化合物半导体基片的上述电子束入射表面位于上述真空室内；上述电子扫描部分以电子束扫描上述样品表面，使该样品上产生二次电子，通过在上述化合物半导体基片上施加预定电压，使上述二次电子导入上述电子束检测器，由上述电子束检测器检测。
这样，依据本发明的扫描型电子显微镜，例如，可自由拆装地在真空室的室壁安装电子束检测器，至少使得化合物半导体基片的电子束入射表面位于真空室内。在真空室内布置样品，例如，由电子枪和偏向板构成的电子束扫描部分，以电子束扫描样品的表面。在电子束检测器的化合物半导体基片上，提供相对于样品的相对电位。电子扫描部分以电子束扫描样品表面时，样品产生二次电子。二次电子被导入电子束检测器并被检测。依据这种扫描型电子显微镜，由于电子束检测器的响应特性好，能够拍摄对比度好的像，并且，能够提高扫描速度。这里，最好通过专用或通用的控制装置来对电子束检测器施加电压，并且，通过对应电子束检测器的输出和电子束的扫描位置来产生样品的像，能够由监视器或打印机等输出装置输出。能够简单且迅速地输出对比度好的像。
并且，依据另一观点，本发明的质量分析装置的特征在于：
设有：构成真空室的室壁，设于该真空室内的、基于样品产生离子的离子发生部分，设于上述真空室内的、将上述产生的离子按照其质量进行分离的分离部分，设于上述真空室内的、被上述分离部分中分离的离子照射而生成电子的离子-电子变换部分，含有电子束入射表面和荧光出射表面的、将入射上述电子束入射表面的电子变换为荧光并从上述荧光出射表面射出该荧光的化合物半导体基片，光检测器，以及光学上耦合上述化合物半导体基片的荧光出射表面和上述光检测器的光入射面、物理连接上述化合物半导体基片和上述光检测器、因而使上述化合物半导体基片和上述光检测器成为一体的连接部分；还设有电子束检测器，其中上述连接部分向上述光检测器导入上述化合物半导体基片受电子束的入射而产生的荧光，上述光检测器检测上述荧光；上述室壁上安装该电子束检测器，至少使得上述化合物半导体基片的上述电子束入射表面位于上述真空室内，按照对上述离子-电子变换部分的离子照射，上述离子-电子变换部分产生二次电子，通过在上述化合物半导体基片上施加预定电压，使上述二次电子导入上述电子束检测器，由上述电子束检测器检测。
这样，在本发明的质量分析装置中，例如，可自由拆装地在真空室的室壁安装电子束检测器，至少使得化合物半导体基片的电子束入射表面位于真空室内。在真空室内，离子发生部分基于样品产生离子。分离部分，按照离子的质量在空间或时间上分离离子。被分离的离子，例如被照射在由倍增电极等构成的离子-电子变换部分。在电子束检测器的化合物半导体基片上，提供相对于离子-电子变换部分的相对电位。受到对离子-电子变换部分的离子照射，在离子-电子变换部分中产生的二次电子，被导入电子束检测器而被检测。采用这样的质量分析装置，由于电子束检测器的响应特性好，能够达成高的质量分辨能力。这里，最好通过专用或通用的控制装置来对电子束检测器施加电压，并且，通过对应由分离部分的分离操作和电子束检测器的输出来进行样品的质量分析，并将分析结果输出到监视器或打印机等输出装置。能够简单地输出高的质量分析能力的质量分析结果。
并且，依据另一观点，本发明的离子检测器的特征在于：
其中设有：含有电子束入射表面和荧光出射表面的、将入射该电子束入射表面的电子变换为荧光并从上述荧光出射表面射出该荧光的化合物半导体基片，光检测器，以及光学上耦合上述化合物半导体基片的荧光出射表面和上述光检测器的光入射面、物理地连接上述化合物半导体基片和上述光检测器、从而使上述化合物半导体基片和上述光检测器成为一体的连接部分；还设有电子束检测器和微细通道板，上述电子束检测器包括：上述连接部分向上述光检测器导入上述化合物半导体基片受电子束入射而产生的荧光，上述光检测器检测上述荧光；上述微细通道板设于上述电子束检测器的上述化合物半导体基片的电子束入射表面相对的位置，该微细通道板，受离子的入射而产生二次电子，所产生的二次电子入射到上述电子束检测器的上述电子束入射表面。
微细通道板受离子的入射而产生二次电子，该电子在电子束检测器中被检测。依据这种离子检测器，由于该电子束检测器的响应特性好，能够以很好的响应特性进行离子检测。
附图说明
图1是与本发明实施例1的电子束检测器的纵向剖面图。
图2是表示电流信号强度(任意常量)对时间(nm)的依赖性的曲线图。
图3是设有图1的电子束检测器的扫描型电子显微镜的主要部分的简略说明图。
图4是表示由图3的扫描型电子显微镜上设置的电子束检测器输出的电流信号的强度(任意常量)对时间(ns)的依赖性的曲线图。
图5是设有图1的电子束检测器的质量分析装置的主要部分的简略说明图。
图6是表示GaAs的载流子浓度(cm-3)和电阻率(Ωcm)之间关系的曲线图。
图7是实施例2的电子束检测器的纵向剖面图。
图8是表示GaAsP的载流子浓度(cm-3)和电阻率(Ωcm)之间关系的曲线图。
图9是实施例3的电子束检测器的纵向剖面图。
图10是实施例4的电子束检测器的纵向剖面图。
图11是实施例5的电子束检测器的纵向剖面图。
图12是实施例6的电子束检测器的纵向剖面图。
图13是与实施例7相关的电子束检测器的纵向剖面图。
图14是实施例7的电子束检测器的变更例的纵向剖面图。
具体实施方式
以下，对本发明实施例的电子束检测器进行说明。相同部分采用同一符号，以省略重复说明。
实施例1
图1是实施例1的电子束检测器100的纵向剖面图。
这种电子束检测器100，大致为圆柱形，由沿着其轴线配置化合物半导体基片1、光波导2以及作为光检测器的光电倍增管10等组成为一体而构成。化合物半导体基片1，将入射的电子变换为荧光。光电倍增管10，设有光入射面I，是用以检测光入射面I上入射的光的光检测器。光波导2，是由荧光透过性材料形成的光学构件。在光电倍增管10的光入射面I上粘附光波导2，在该光波导2上安装化合物半导体基片1。这样，化合物半导体基片1，通过光波导2来与光电倍增管10的光入射面I光学上耦合，并且化合物半导体基片1和光电倍增管10被物理连接，使得化合物半导体基片1和光电倍增管10成为一体而构成电子束检测器100。
化合物半导体基片1中包括：被覆层1a、发光层1b以及基片层1c。作为中间半导体层的发光层1b，被夹在覆层1a和基片层1c之间。本实施例中，发光层1b由化合物半导体GaAs形成。GaAs是受电子入射而产生荧光的单晶体。其发光波长为870nm。被覆层1a和基片层1c，均由化合物半导体AlGaAs形成。这样，化合物半导体基片1包含GaAs和AlGaAs而构成。这里，AlGaAs的带隙宽于GaAs，在相邻的半导体1a、1b之间，以及1b、1c之间形成异质结，从而提高荧光的发光效率。本实施例的情况下，被覆层1a的表面(不与发光层1b连接的侧面(图1中的上面))规定电子束入射表面1in，基片层1c的表面(不与发光层1b连接的侧面(图1中的下面))规定荧光出射表面1out。
这种结构的化合物半导体基片1，在未图示的例如由GaAs等形成的底座上，依次形成被覆层1a、发光层1b以及基片层1c，然后，从底座分离被覆层1a而制作。
在化合物半导体基片1的电子束入射表面1in上(即被覆层1a上)，形成金属层3。金属层3，例如可由铝来形成。金属层3作为用以加速并拉近电子束的正电位的电极起作用。金属层3，薄到能够使电子束透过的程度，具体地说，形成厚度达30～50nm。另外，为提高电子的透过率，可将金属层3作成网状。
金属层3还具有抑制因入射到化合物半导体基片1的电子束的电荷导致的化合物半导体基片1内的电荷蓄积(电荷增加)的功能。金属层3还具有将化合物半导体基片1内产生的荧光向荧光出射表面1out方向反射，使荧光由荧光出射表面1out到光电倍增管10的光入射面I的方向射出的功能。
本实施例中，光电倍增管10是设有透过型光电面的对正(head-on)光电倍增管。具体地说，光电倍增管10中设有：金属制侧管10a、将侧管10a的顶部开口封闭的光入射窗(光输入面板)10b以及将侧管10a的底部开口封闭的管座板10c构成的真空容器。光入射窗10b的外表面规定光入射面I。
真空容器内，设置在光入射窗10b的内面形成的光电阴极10d、电子倍增部分10e以及阳极部分10f。并且，在光电阴极10d和电子倍增部分10e之间，设置聚焦电极板10g。设置多个管脚10p，穿过管座板10c。
光电阴极10d的材料最好使用GaAs。这是因为化合物半导体基片1含有GaAs。
电子倍增部分10e，是片状层叠型，层叠多层倍增电极12构成。
阳极部分10f上，设置多个阳极14。
多个管脚10p由用于电子倍增部分10e的多个管脚10p和用于阳极部分10f的多个管脚构成。各阳极用管脚10p，通过图中未示出的引线来与对应的阳极14连接。并且，剩余的各电子倍增部分用管脚10p，各自连接在电子倍增部分10e的对应层的倍增电极12上，以向该等对应层的倍增电极12上提供预定的电位。另外，金属制侧管10a的电位为0伏，光电阴极10d和侧管10a电连接。
设有上述结构的光电倍增管10，具有约1ns的极高的时间响应特性。由于化合物半导体基片1，如后所述，具有约2ns以下的极高响应特性，通过组装光电倍增管10和化合物半导体基片1来实现响应特性极好的电子束检测器100。
另外，作为光电倍增管10，可以不是上述的含有多个阳极14的多阳极型，而是含有一个阳极的单阳极型。这种场合，该单个阳极14与一个阳极用管脚10p连接。
并且，电子倍增部分10e也并不限于上述的片状层叠型，可以为其它任意类型的倍增电极，例如由网状倍增电极或微细通道板构成。
光波导2，由圆柱形或圆盘形的玻璃板构成，含有光输入端2in和光输出端2out。本实施例中，光输入端2in和光输出端2out，具有大致相等的面积。在化合物半导体基片1的荧光出射表面1out(基片层1c表面)和光波导2的光输入端2in之间，夹有粘接层AD1，粘接层AD1确定光波导2和化合物半导体基片1之间的相对位置。这里，粘接层AD1，由荧光透过性材料形成。本实施例中，粘接层AD1由SiN层ADa和SiO2层ADb构成。更详细地说，在化合物半导体基片1的基片层1c的表面1out上形成SiN层ADa，在SiN层ADa上再形成SiO2层ADb。另外，整个粘接层AD1的折射率为1.5。SiN层ADa具有反射防止膜的作用。即，化合物半导体基片1内产生的荧光透过粘接层AD1时，返回向化合物半导体基片1方向的反射被抑制。
这里，SiN层ADa在化合物半导体基片1的基片层1c上，由溅射法等形成。因此，SiN层ADa以高的粘合力粘接在化合物半导体基片1上。SiO2层ADb在SiN层ADa上同样也由溅射法等形成。因此，SiO2层ADb也以高的粘合力粘接于SiN层ADa。SiO2层ADb熔接在光波导2的光输入端2in上。这里，由于SiO2层ADb还有光波导2(玻璃)均为硅氧化物，可通过加热来熔接。这样，整个粘接层AD1可靠地将化合物半导体基片1粘接到光波导2上。
在光波导2的光输出端2out和光电倍增管10的光入射面I(光入射窗10b的外表面)之间，隔着由荧光透过性粘接剂形成的粘接层AD2。该粘接层AD2确定光波导2和光电倍增管10之间的相对位置。这里，这种粘接剂，例如为荧光透过性的树脂。另外，粘接层AD2的折射率，例如也可为1.5。
具有这种结构的本实施例的电子束检测器100，工作过程如下。
检测电子束时，在金属层3上施加所需的正电位。结果，要检测的电子束，被拉近到金属层3。电子束透过金属层3，入射到化合物半导体基片1的电子束入射表面1in。化合物半导体基片1，受这种电子束的入射而产生荧光。这种荧光，直接地或经金属层3反射后由荧光出射表面1out射出，经由粘接层AD1，入射到光波导2的光输入端2in。荧光透过光波导2由光输出端2out射出，再透过粘接层AD2，到达光电子倍增管10的光入射面I。
入射到光入射面I的荧光，透过光入射窗10b，入射到光电阴极10d。光电阴极10d，受荧光入射后进行光电变换，向光电倍增管10的真空容器内部方向放出光电子。这种电子，由电子倍增部分10e多级倍增，在阳极部分10f被收集。阳极部分10f上收集的电子，作为表示入射到电子束检测器100的电子束强度的信号，经由阳极用管脚10p在光电倍增管10的外部取出。
如上所述，本实施例的电子束检测器100中，由光波导2将化合物半导体基片1中的电子束入射表面1in(被覆层1a表面)的相反侧即荧光出射表面1out(基片层1c表面)跟光电倍增管10的光入射面I在光学上耦合，并将化合物半导体基片1和光电倍增管10物理地连接，从而将化合物半导体基片1和光电倍增管10一体化。化合物半导体基片1一旦将经由金属层3入射的电子变换为荧光，光波导2将该荧光导入光电子倍增管10，通过光电倍增管10检测荧光，就可检测入射的电子束。由于化合物半导体基片1和光电倍增管10的响应特性极好，能够以较高的响应特性进行电子束检测。
图2是表示使电子脉冲入射到上述化合物半导体基片1上时，电子束检测器100输出的电流信号强度(任意常量)对时间(ns)的依赖关系(D1：实施例)的曲线图。另外，各层1a、1b、1c的厚度分别为100nm、5000nm、100nm。
并且，图中还表示了在电子束检测器100中设置荧光体(P47)来代替上述化合物半导体基片1时，在该荧光体上脉冲入射电子时由电子束检测器100输出的电流信号强度(任意常量)对时间(ns)的依赖关系(D2：比较例)。
如同一曲线图所示，实施例与比较例的强度减至入射时强度的10％的时间，分别为0.6ns、90ns，显然实施例一方的响应速度较高。特别是，实施例的场合，上述时间在2ns以下，其绝对响应速度也非常高。
本实施例的电子束检测器100，例如，可用于扫描型电子显微镜(SEM)或质量分析装置。
图3是设有本实施例的电子束检测器100的扫描型电子显微镜200的主要部分的简略说明图。扫描型电子显微镜200含有构成真空室的室壁210。真空室内，电子束扫描部分220和样品SM相对地设置。电子束扫描部分220中，有电子枪220a和一对偏向电极(偏向板)220b，通过电子束e1扫描样品SM的表面，在样品SM上产生二次电子e2。
本实施例的电子束检测器100相对于室壁200自由拆装地安装，以至少使得金属层3和化合物半导体基片1的电子束入射表面1in位于真空室内，形成二次电子e2能够被检测的结构。
电子束检测器100和电子束扫描部分220连接到由计算机构成的控制装置230。控制装置230中设有电压施加部分230a。电压施加部分230a与电子束检测器100的金属层3连接。电压施加部分230a，通过对金属层3施加预定的正电压，对金属层3提供针对样品SM的预定的相对电位，将样品SM产生的二次电子e2引向电子束检测器100。控制装置230中还包括控制部分230b。控制部分230b与电子枪220a和偏向电极220b、光电子倍增管10的多个管脚10p以及监视器240连接。控制部分230b控制扫描型电子束显微镜200的各部分。控制部分230b通过一边将表示加到偏向电极220b的电压扫描状态的电子束e1的扫描位置和电子束检测器100的输出相对应，一边进行监视器240的控制，在监视器240上显示样品SM的像。
含有这种结构的扫描型电子束显微镜200，在控制装置230的控制下，如下进行操作。
电子枪220a将电子束e1照射在样品SM上时，偏向电极220b使电子束e1偏向，对样品SM的表面进行扫描。结果，从样品SM的表面放出二次电子。这种二次电子成为电子束e2被导向电子束检测器100。受到电子束e2的入射后，从阳极用管脚10p输出电信号。这里，来自全部阳极用管脚10p的输出的总和表示入射到电子束检测器100的电子束e2的量的总和。因此，控制部分230b使偏向电极220b的电压扫描值(电子束e1的扫描位置)和作为电子束检测器100的输出结果的来自全部阳极用管脚10p的输出总和值同步地对应，从而显示样品SM的像。
如上所述，扫描型电子束显微镜200中，至少电子束检测器100的金属层3和化合物半导体基片1的电子束入射表面1in被设置在真空室内。因此，通过电子束e1扫描真空室内布置的样品SM表面，将样品SM中产生的二次电子导入电子束检测器100，能够摄制样品SM的像。
图4是表示由上述扫描型电子显微镜200的电子束检测器100输出的电流信号的强度(任意常量)对时间(ns)的依赖关系的曲线图。D1表示电子束检测器100为本实施例时的数据，D2表示用荧光体(P47)代替化合物半导体1的上述比较例的数据。另外，将样品SM的表面区域规定为矩阵排列的微小区域的集合体，将各微小区域作为像素，将电子束e1以脉冲方式照射每个像素时，相邻像素间的扫描所需的时间间隔设为10ns。
比较例的场合，由于强度衰减需要90ns，以10ns的时间间隔进行扫描时会产生余辉，但本实施例的情况下，由于进行的强度衰减小于2ns，将不会产生余辉。这里，如实施例的对比度用符号C2表示，比较例时的对比度用符号C1表示，通过使用本实施例的电子束检测器100，可知能够得到与比较例相比对比度极好的图像。并且，在本实施例中，由于衰减时间较短，可使扫描速度提高，即将扫描间隔缩短至比10ns更短。
图5是设有本实施例的电子束检测器100的质量分析装置300的主要部分的简略说明图。
该质量分析装置300含有构成真空室的室壁310。真空室内设有：离子发生部分320、分离部分330以及倍增电极部分(离子-电子变换部分)340。
离子发生部分320，是基于样品产生离子的部分。用以进行质量分析的气体分子样品或加热气化的样品分子，被导入离子发生部分320上。离子发生部分320例如可设有灯丝(未图示)，通过灯丝产生的热电子轰击导入样品，将导入样品电离化，导入分离部分330内。
分离部分330将离子发生部分320内产生的离子按照其质量、空间或时间上进行分离。本实施例的情况下，分离部分330含有四个圆筒电极构成的四重极电极330a和孔径壁330b，将离子按照质量在空间上进行分离。
孔径壁330b，布置在四重极电极330a和倍增电极部分340之间的预定位置上，形成离子通过用的孔径AP。四重极电极330a上施加正常电压和预定频率的交流电压相重叠的电压时，从离子发生部分320导入的离子中，对应于该预定频率的质量的离子与其它质量的离子在空间上被分离，能够通过孔径AP，入射到倍增电极部分340。
对于孔径壁330b而言，倍增电极部分340位于分离部分330的对侧。倍增电极部分340，受离子的入射而放出二次电子e3。本实施例中，倍增电极部分340包括：被照射正离子的第一倍增电极DY1和被照射负离子的第二倍增电极DY2。
本实施例的电子束检测器100，对于室壁310可自由拆装，可至少使得金属层3和化合物半导体基片1的电子束入射表面1in位于真空室内，以检测二次电子e3。
这里，要在离子生成部320生成的离子中抽出正离子进行分析时，在第一倍增电极DY1上供给负电位。分离部分330内的离子中具有与四重极电极330a上施加的交流电压频率相对应的质量的正离子，通过孔径AP轰击第一倍增电极DY1。随着这样的轰击，从第一倍增电极DY1表面放出二次电子，这种二次电子成为电子束e3被导入电子束检测器100。受到电子束e3的入射后，从阳极用管脚10p输出电信号。
另一方面，进行负离子分析时，向第二倍增电极DY2提供正电位。分离部分330内的离子之中具有与四重极电极330a上施加的交流电压的频率相对应的质量的负离子，通过孔径AP轰击第二倍增电极DY2。随着这样的轰击，从第二倍增电极DY2表面放出二次电子，这种二次电子成为电子束e3被导入电子束检测器100。受到电子束e3的入射后，从阳极用管脚10p输出电信号。
电子束检测器100、离子发生部分320、分离部分330以及倍增电极部分340，连接在由计算机构成的控制装置350上。控制装置350包括电压施加部分350a。电压施加部分350a与电子束检测器100的金属层3连接，通过对金属层3施加预定的正电压，给金属层3提供针对倍增电极部分340的预定的相对电位，将倍增电极部分340上产生的二次电子e3导入电子束检测器100。
控制装置350中，还设有控制部分350b。控制部分350b与离子发生部分320内灯丝(未图示)、分离部分330的四重极电极330a与孔径壁330b、倍增电极部分340的第一、第二倍增电极DY1、DY2、光电倍增管10的管脚10p以及监视器360连接。控制部分350b控制质量分析装置300的各部分。控制部分350b，通过一边将电子束检测器100的输出和施加在四重极电极330a的交流电压的频率所示的分离离子的质量相对应，一边控制监视器360，在监视器360上显示样品的质量分析结果。
具有这种结构的质量分析装置300，如下进行操作。
控制部分350b，扫描在分离部分330的四重极电极330a上施加的交流电压的频率。结果，对应质量的离子依次照射在对应的倍增电极(倍增电极DY1或倍增电极DY2)上，从该倍增电极表面放出二次电子。该二次电子作为电子束e3被导入电子束检测器100。受到电子束e3的入射后，从阳极用管脚10p输出电信号。这里，来自全部的阳极用管脚10p的输出总和，表示入射到电子束检测器100的电子束e3的量的总和。因此，控制部分350b使交流电压频率的扫描值(分离离子的质量)和作为电子束检测器100的输出结果的来自全部阳极用管脚10p的输出总和值同步对应，从而在监视器360上显示样品的质量分析结果。
另外，作为分离部分330，除了上述四重极电极型外，还可以采用其它各种类型，它们都能按照质量，在时间或空间上分离离子。
例如，分离部分330为飞行管时，离子在飞行管内部的通过时间按照质量而不同。结果，离子到达倍增电极DY1或DY2的时间按照质量而不同。这样，飞行管将离子按照质量在时间上进行分离。由于从全部阳极用管脚10p输出的电流值的总和表示在每个时间点各质量的离子量，只要监视该时间变化就清楚各质量的离子量。
另外，分离部分330为形成磁场的磁场分散型时，离子的飞行轨迹随着质量而不同。即，将离子按照质量在空间上进行分离。因此，通过调制分离部分330的磁通量密度来控制可通过孔径AP的离子的质量。因此，扫描磁通量密度或者扫描孔径AP的位置，同时监视从阳极用管脚10p输出的电流值的总和的时间变化时，该电流值总和表示对应于每个时间点的质量的离子量。因此，清楚了解各离子的质量。
如上说明，质量分析装置300中，至少电子束检测器100的金属层3和化合物半导体基片1的电子束入射表面1in被布置在真空室内。在真空室内，分离部分330将样品(未图示)产生的离子，按照其质量在空间或时间上进行分离。分离部分330中分离的离子照射倍增电极DY1或DY2时，从该倍增电极产生二次电子e3。二次电子e3被导入电子束检测器100，根据电子束检测器100的输出进行样品的质量分析。这里，如上所述，由于电子束检测器100响应速度快，能够显著提高质量分解能力。
(变更例1)
上述说明中，电子束检测器100的化合物半导体基片1，设有被覆层1a，但也可以不设被覆层1a。就是说，化合物半导体基片1，也可仅由基片层1c和发光层1b构成。这种场合，制作化合物半导体基片1时，基片(未图)上依次形成发光层1b和基片层1c之后，再从基片分离发光层1b即可。但是，本变更例的场合，最好在玻璃2上粘附基片层1c。这是因为直接将发光层1b贴在玻璃2时，发光层1b会被玻璃2所污染，就是说，含在玻璃2内部的碱金属会闯入发光层1b而污染发光层1b，这样就不理想。因此，在这种场合，发光层1b的表面(未与基片层1c连接的侧面)规定电子束入射表面1in，基片层1c的表面(未与发光层1b连接的侧面)规定荧光出射表面1out。金属层3形成于发光层1b的电子束入射表面1in上，荧光出射表面1out通过粘接层AD1连接在光波导2上。
(变更例2)
再有，这样化合物半导体基片1未设被覆层1a时，可在发光层1b上形成金属层3，但也可以不形成。
在发光层1b上未形成金属层3时，由于发光层1b的电子束入射表面1in露出，电子束将会直接入射发光层1b。并且，在这种场合，提高化合物半导体基片1的外表层(即，含有发光层1b的表面1in的表层或者整个发光层1b)的载流子浓度时，能够抑制化合物半导体基片1上的电荷蓄积。
这里，图6中示出GaAs的载流子浓度(cm-3)和电阻率(Ωcm)之间的关系。另外，在同一曲线图中示出电阻率y和载流子浓度x之间的关系式。这里，例如设激活率约为1即大致100％被电离，载流子浓度与杂质浓度一致。由图6可清楚知道，GaAs中，激活率约为1时，载流子浓度(杂质浓度)大于1×1019cm-3时，电阻率会降至能够达成所要的导通状态的程度。因此，使载流子浓度大于1×1019cm-3，有利于抑制电荷增加。
另外，如此未设金属层3的场合，通过在化合物半导体基片1的具有导电性的部分(具体地说，含有发光层1b的表面1in的表层或者整个发光层1b)上施加所需的正电压，能够将化合物半导体基片1设为正电位来拉近电子束。
本实施例的电子束检测器100，如上所述，即使在未设被覆层1a的场合或未设金属层3的场合，也能用于上述的扫描型电子束显微镜200或质量分析装置300。但是，本变更例中，由于未设金属层3，电子束检测器100应安装于室壁210或室壁310上，至少使得化合物半导体基片1的电子束入射表面1in位于真空室内。并且，化合物半导体基片1的具有导电性的部分(例如，电子束入射表面1in)连接在电压施加部分230a、350a上。
再有，以下实施例中的电子束检测器100，也能用于上述的扫描型电子束显微镜200或质量分析装置300。
实施例2
图7是与实施例2相关的电子束检测器100的纵向剖面图。本实施例的电子束检测器100和实施例1的不同之处在于，在本实施例中，化合物半导体基片1，由化合物半导体AlGaAsP形成的基片1c和在基片1c上形成的化合物半导体GaAsP形成的发光层1b构成。
这里，化合物半导体GaAsP也是受电子束的入射而产生荧光的单晶体，其发光波长为720nm。并且，本实施例中，也与上述实施例1的变更例1一样，未设被覆层1a，在发光层1b上直接设置金属层3。就是说，发光层1b的表面(未与基片层1c连接的侧面(图7中的上侧面))规定电子束入射表面1in，基片层1c的表面(未与发光层1b连接的侧面(图7中的下侧面))规定荧光出射表面1out。金属层3形成于发光层1b的电子束入射表面1in上，荧光出射表面1out通过粘接层AD1与光波导2连接。
另外，这样化合物半导体基片1为GaAsP的场合，光电倍增管10的光电阴极10d的材料最好为多碱。
在本实施例的结构中，电子束检测器100也能得到充分的响应特性。
(变更例1)
并且，与实施例1中的变更例2一样，也可以在化合物半导体基片1上不形成金属层3。在这种场合，发光层1b的电子束入射表面1in露出。这样未形成金属层3的场合，提高化合物半导体基片1的表层(含有发光层1b的表面1in的表层或者整个发光层1b)的载流子浓度时，能够抑制化合物半导体基片1中的电荷蓄积。这里，图8示出GaAsP的载流子浓度(cm-3)和电阻率(Ωcm)之间的关系。由图清楚知道，即使在GaAsP中，载流子浓度在1×1019cm-3以上时，电阻率也能降至能够达成所要的导通状态的程度。因此，最好使载流子浓度大于1×1019cm-3。
(变更例2)
上述说明中，发光层1b上未设被覆层1a。但是，与实施例1一样，也可以在GaAsP发光层1b上，设置由与基片1c同样材料的化合物半导体AlGaAsP形成的被覆层1a。
(变更例3)
另外，化合物半导体基片1的发光层1b，除上述①GaAs与②GaAsP外，也可以由其它各种化合物半导体形成。这里，发光层1b，除了①GaAs和②GaAsP以外，最好由III-V族化合物半导体，例如③GaN、④GaAlN、⑤GaInN或II-VI族化合物半导体，例如，⑥ZnS或⑦ZnSe形成。另外，这些化合物半导体，均为按照电子束的入射产生荧光的单晶体，其发光波长分别为③360nm、④360nm以下、⑤360nm～620nm、⑥350nm、⑦480nm。
因此，发光层1b，最好由①GaAs、②GaAsP、③GaN、④GaAlN、⑤GaInN、⑥ZnS以及⑦ZnSe构成的组中至少一种材料形成。
这里，不管发光层1b由上述何种材料形成，化合物半导体基片1至少可以包括发光层1b和基片层1c，基片层1c可以与光波导2连接。另外，发光层1b上可以设置被覆层1a和金属层3，也可以不设。并且，也可以在发光层1b上直接设置金属层3。另一方面，发光层1b上未设被覆层1a或金属层3的场合，调整发光层1b的至少包含电子束入射表面1in的表层或其整体的载流子浓度，使之大于预定的载流子浓度(例如，1×1019cm-3)，如能使其电阻率降至达成所需导通状态的程度时，就能够抑制化合物半导体基片1的电荷增加，这样是很理想的。
另外，化合物半导体基片1的发光层1b为上述③～⑦的任意材料时，光电阴极10d的材料最好为双碱。
实施例3
图9是实施例3的电子束检测器100的纵向剖面图。本实施例的电子束检测器100和实施例1的不同之处只在于：本实施例中，粘接层AD1并不是两层结构，而是由荧光透过性的粘接剂(树脂)构成的单层结构。这种单层结构的粘接层AD1，粘接化合物半导体基片1和光波导2。在这种结构中，也能以足够的强度连接化合物半导体基片1和光波导2，并可得到充分的响应特性。
实施例4
图10是实施例4的电子束检测器100的纵向剖面图。本实相关的电子束检测器100和实施例3的不同之处只在于：本实施例中，并未隔着光波导2，粘接层AD1粘接化合物半导体基片1和光电倍增管10。在这种结构中，也能以足够的强度连接化合物半导体基片1和光电倍增管10，并且，可得到充分的响应特性。
实施例5
图11是实施例5的电子束检测器100的纵向剖面图。本实施例的电子束检测器100和实施例1的不同之处只在于：本实施例中，光波导2的光行走方向(电子束检测器100的轴向)的长度大于光电倍增管10的管长。在这种结构中，也能够得到充分的响应特性。
实施例6
图12是实施例6的电子束检测器100的纵向剖面图。本实施例的电子束检测器100和实施例1的不同之处只在于：本实施例中，在金属层3相对的位置上附加微细通道板5。
这里，微细通道板5具有其内壁上形成二次电子放出材料的多个玻璃管束缚而成的圆盘形结构(未作图示)，设有电子入射表面5in和电子出射表面5out。具有这种结构的微细通道板5，其电子出射表面5out以预定的距离与金属层3隔离，但是对着金属层3而设置。
更详细地说，在微细通道板5的电子入射表面5in的周围形成入射电极52。并且，在微细通道板5的电子出射表面5out的周围形成出射电极54。经由这些成对的电极52、54，在各玻璃管的两端施加预定的电压。
并且，本实施例中，金属层施加用电极30，在光波导2的上端周围形成。该金属层施加用电极30连接在金属层3上。并且，绝缘的圆筒状支撑构件56，布置在电子束检测器100的轴向上部位置，以将金属层3、化合物半导体基片1以及光波导2的上端围住。支撑构件56，其下端安装于金属层施加用电极30的端部，其上端安装于电极52与电极54的端部。依据这种结构，微细通道板5经由支撑构件56被保持面对着光波导2。再有，如果使支撑构件56对金属层施加用电极30可自由拆装地安装，就能将微细通道板5对光波导2可自由拆装地安装。
具有上述结构的本实施例的电子束检测器100，进行如下操作。
入射电极52、出射电极54与金属层施加用电极30，按此顺序由低电位依次成为高电位，并施加电压，使得在这些电极间产生适当的电位差。例如，施加电压，使得微细通道板5的电子入射表面5in和电子出射表面5out之间有500～900伏的电位差，并且，电子出射表面5out和金属层3之间有5～10千伏的电位差。电子束从微细通道板5的电子入射表面5in入射到玻璃管内部时，放大的多数电子由出射表面5out放出。该电子随着微细通道板5的输出端5out和金属层3之间的电位差，被拉近金属层3，经金属层3入射到化合物半导体基片1。
在这种结构中，也能得到充分的响应特性。并且，依据本实施例，即使想要检测的电子束很微弱，也能通过微细通道板5加以倍增，因此，能够进行检测。
并且，即使入射到微细通道板5的不是电子束而是离子，微细通道板5也能生成并放大与该离子的量相应的二次电子。将该二次电子，由后层的化合物半导体基片1变换为荧光，进而由光电倍增管10进行检测，从而也能进行离子的检测。因此，本实施例的电子束检测器100，也能作为离子检测器使用。
另外，上述说明中，为倍增电子而设置了微细通道板5，但也可以设置其它电子倍增装置来代替微细通道板5。
实施例7
图13是实施例7的电子束检测器100的纵向剖面图。本实施例的电子束检测器100和实施例4的不同之处只在于：本实施例中，取代光电倍增管10而使用雪崩光电二极管器件6作为光检测器。
雪崩光电二极管器件6设有容器，由外壳61、将外壳61的顶部开口封闭的光入射窗(光输入面板)62以及将外壳61的底部开口封闭的管座板63构成。光入射窗62的外侧面规定光入射面I。雪崩光电二极管64设置在容器内的管座板63上，使得光入射面64a与光入射窗62相对。雪崩光电二极管64中，例如包含p+层640、p层642以及n+层644，n+层644的外侧面规定光入射面64a。多个管脚65可设置得穿过管座板63，使得雪崩光电二极管64内的pn结上施加逆向偏压。光入射窗62由粘接层AD1粘接在化合物半导体基片1上。
这种结构的本实施例的电子束检测器100中，电子束经由金属层3，入射到化合物半导体基片1时，产生荧光。荧光通过雪崩光电二极管器件6的光入射窗62，入射到雪崩光电二极管64。结果，在雪崩光电二极管64内，生成电子-空穴对，它们被雪崩倍增。被雪崩倍增的输出电流作为表示电子束入射量的信号，经由管脚65在外部被取出。由于雪崩光电二极管64也有充分高的响应特性，本实施例的电子束检测器100因此具有充分高的响应特性。
另外，雪崩光电二极管64并不只限于上述结构，任意结构的雪崩光电二极管均可被采用。
并且，实施例1至实施3、实施例5以及实施例6中，也与本实施例一样，可以用雪崩光电二极管器件6来代替光电倍增管10。
(变更例)
雪崩光电二极管64，其光入射面64a越小响应特性越好，大面积光入射面64a的雪崩光电二极管64，其响应特性会下降。
因此，如图14所示，雪崩光电二极管器件6，最好使用光入射面64a面积较小，因此，光入射窗62较小的雪崩光电二极管。在这种情况下，可以使用面积比光入射窗62大很多的化合物半导体基片1，通过缩小荧光的输出面，同时经由导入的光波导2来连接化合物半导体基片1和雪崩光电二极管器件6。另外，光波导2如实施例1，由粘接层AD1、AD2来与化合物半导体基片1和雪崩光电二极管器件6粘接。例如，雪崩光电二极管器件6使用光入射窗62的面积约为1mm直径的雪崩光电二极管，化合物半导体基片1使用约为50mm(2英寸)直径的化合物半导体基片。然后，光波导2使用光输出端2out的面积小于该光输入端2in的面积的圆锥形的玻璃板，连接化合物半导体基片1和雪崩光电二极管器件6。依据本变更例，能采用小面积雪崩光电二极管器件6达成高响应特性，同时能够一次检测入射大面积化合物半导体基片1上的大量电子。因此，能够进行高精度检测。
另外，本实施例与该变更例中，含有雪崩光电二极管64的雪崩光电二极管器件6的输入窗62和化合物半导体基片1相连接。但是，也可以将雪崩光电二极管64不设在外壳61内，而将雪崩光电二极管64的光入射面64a，直接地或者通过光波导2连接到化合物半导体基片1上。
如上述说明，上述的任意实施例的电子束检测器，均能将受电子束入射而产生寿命短的荧光的化合物半导体基片与光检测器的光入射面光学上耦合，将它们合为一体，因此能够得到充分的响应特性。因此，对于扫描型电子束显微镜或质量分析装置、离子检测器特别有效。
本发明的电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置以及离子检测器，并不限于上述的实施例，在专利权利要求范围内记载的范围上可以有各种变形或改良。
例如，上述实施例3至实施例7的任意实施方案中，与实施例1的变更例1一样，化合物半导体基片1可以采用未形成被覆层1a的化合物半导体基片。或者，与实施例1的变更例2一样，可以不设被覆层1a和金属层3，代之以提高发光层1b的、至少表层的载流子浓度。另外，在上述实施例6中均不设被覆层1a或金属层3的场合，微细通道板5与发光层1b相互面对。并且，在发光层1b的至少表层的载流子浓度提高的场合，可将金属层施加用电极30至少连接到发光层1b的表层上。
并且，上述实施例3至实施例7的任意一个中，作为化合物半导体基片1，如实施例2，可以采用在由AlGaAsP形成的基片层1c上形成由GaAsP形成的发光层1b而未形成被覆层1a的化合物半导体基片。并且，这种情况下，与实施例2的变更例1一样，不设金属层3，而代之以提高发光层1b、至少其表层的载流子浓度。反之，与实施例2的变更例2一样，可以设置被覆层1a和金属层3。再有，与实施例2的变更例3一样，发光层1b可以由GaAs或GaAsP以外的化合物半导体，例如，上述化合物半导体③～⑦形成。
化合物半导体基片1，可以由上述以外的其它各种化合物半导体形成，并且，该结构也并不限于上述结构。凡能够受电子束的入射而产生荧光的化合物半导体基片，均可采用。并且，被覆层1a由能够改变载流子浓度的材料制作的场合，可以在被覆层1a上不设金属层3。在这种场合，被覆层1a露出面规定电子束入射表面1in。调整被覆层1a的载流子浓度，使电荷增加得以抑制即可。再有，在被覆层1a、发光层1b与基片层1c全部由可使载流子浓度改变的材料制作的场合，也可以在被覆层1a上不设金属层3。在这种场合，可以调整被覆层1a的载流子浓度、被覆层1a与发光层10b的载流子浓度或者全部层1a～1c即整个化合物半导体基片1的载流子浓度，使电荷增加得以抑制。
光检测器并不限于光电倍增管10或雪崩光电二极管器件6，可以采用其它各种类型的光检测器。
光波导2可以采用玻璃板外的能够引导荧光的其它各种类型的光波导。例如，可以采用光纤板(FOP)。在实施例7的变更例的场合，可以采用圆锥形的光纤板作为光波导2。
并且，代替光波导2，可以使用其它各种类型的能够引导荧光的光学构件，将化合物半导体基片和光检测器在光学上耦合并在物理上连接成为一体。例如，可以通过透镜连接化合物半导体基片和光检测器，使得从化合物半导体基片1的荧光出射表面1out射出的荧光汇聚到光检测器的光入对面I上。
再有，粘接层的结构也并不限于上述结构。凡具有荧光透过性的、能够将化合物半导体基片和光检测器光学上耦合且在物理连接成一体的结构，均可采用。
而且，除了由粘接层或者由粘接层和光波导连接化合物半导体基片和光检测器外，也可以用其它各种结构来化合物半导体基片和光检测器在光学上耦合并在物理上连接成一体。
在扫描型电子显微镜200中，电子束扫描部分220并不限于电子枪和偏向板的组合，只要能用以扫描电子束，可以为任意结构。并且，电子束检测器，在真空室内，可布置在能够接受来自样品的二次电子的任意位置上。在控制装置230上，可以不连接监视器240而连接打印机等任意的输出装置。扫描型电子显微镜，可以含有至少包含电子束扫描部分和电子束检测器的真空室。将这种扫描型电子显微镜连接在通用的控制装置或输出装置上使用时，自由度更高，且简便易用。
在质量分析装置300中，倍增电极部分340对应于想要分析的样品设置，可以只设置第一倍增电极DY1或者第二倍增电极DY2。并且，倍增电极部分340的结构也可以为任意的结构。例如，倍增电极部分340，可以含有按照离子的入射放出电子的任意类型的离子-电子变换装置，也可以不设倍增电极。并且，电子束检测器，在真空室内，可以布置在能够接受来自倍增电极的二次电子的任意位置上。在控制装置350上，可以不连接监视器360而连接打印机等任意的输出装置。质量分析装置，至少可以设有包含离子发生部分、分离部分、倍增电极部分以及电子束检测器的真空室。将质量分析装置连接通用的控制装置或输出装置使用时，自由度更高，且简便易用。
离子检测器中，可在化合物半导体基片的前一层上设置受离子入射而放出电子的任意的离子-电子变换装置，取代微细通道板。
如上述说明，依据本发明的电子束检测器，能够得到充分的响应特性，应用该电子束检测器的本发明的扫描型电子束显微镜、质量分析装置以及离子检测器，能够高精度进行所需的操作。
工业上的利用可能性
与本发明相关的电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置以及离子检测器，广泛用于半导体检查领域或物质分析领域等，用于检查固体、气体、离子等各种物质。

Claims (24)

1.一种电子束检测器，其特征在于，
其中设有：
含有电子束入射表面和荧光出射表面，将入射到所述电子束入射表面的电子变换为荧光，并从所述荧光出射表面射出所述荧光的化合物半导体基片，
光检测器，以及
将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器的光入射面光学耦合，将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器物理连接，从而将所述化合物半导体基片与所述光检测器连为一体的连接部分；
所述化合物半导体基片包含：
具有所述化合物出射表面的化合物半导体层，以及
在所述化合物半导体层上形成的、将入射的电子变换成荧光的化合物半导体发光层；
所述连接部分，向所述光检测器引导所述化合物半导体发光层受电子束的入射而产生的荧光，所述光检测器检测所述荧光。
2.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述化合物半导体发光层，由GaAs、GaAsP、GaN、GaAlN、GaInN、ZnS以及ZnSe构成的组中的至少一种材料形成。
3.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述化合物半导体发光层由GaAsP层构成，所述化合物半导体基片层由AlGaAsP层构成。
4.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述化合物半导体发光层由GaAs层构成，所述化合物半导体基片层由AlGaAs层构成。
5.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：在所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面上设有金属层。
6.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面露出，所述电子束入射表面的载流子浓度不低于1×1019cm-3。
7.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述连接部分由荧光透过性的粘接剂层形成。
8.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述连接部分由荧光透过性材料形成的光学构件构成，且所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面安装于所述光学构件的一个端面，所述光学构件的另一端面装于所述光检测器的所述光入射面。
9.如权利要求8所述的电子束检测器，其特征在于，
所述光学构件为玻璃，
所述连接部分中还设有：
所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面上形成的SiN层，以及
在所述SiN层上形成的SiO2层；
所述SiO2层和所述玻璃熔接。
10.如权利要求9所述的电子束检测器，其特征在于：所述连接部分中还包括，连接所述玻璃和所述光检测器的所述光入射面的荧光透过性的粘接剂层。
11.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：还包括在所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面所相对的位置上设置的电子倍增部分，由所述电子倍增部分倍增的电子束入射到所述电子束入射表面。
12.如权利要求11所述的电子束检测器，其特征在于：所述电子倍增部分为微细通道板。
13.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述光检测器由光电倍增管构成，所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面通过所述连接部分与所述光电倍增管的光入射窗连接。
14.如权利要求13所述的电子束检测器，其特征在于：所述光电倍增管含有与所述光入射窗共同形成真空区的室壁，在所述光入射窗的里面且在所述真空区内部形成的光电阴极，在所述真空区内部形成的电子倍增部分，以及阳极；所述光电阴极，受到来自所述化合物半导体基片的荧光入射而生成电子，所述电子倍增部分倍增所述电子，所述阳极收集经倍增的电子。
15.如权利要求14所述的电子束检测器，其特征在于：所述电子倍增部分设有经叠层的多层倍增电极。
16.如权利要求1所述的电子束检测器，其特征在于：所述光检测器中设有雪崩光电二极管；所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面，经所述连接部分与所述光检测器的光入射面连接。
17.如权利要求16所述的电子束检测器，其特征在于：所述光检测器的所述光入射面小于所述化合物半导体基片的荧光出射表面，所述连接部分在缩小其输出面的同时，将荧光导向所述光检测器的所述光入射面。
18.如权利要求17所述的电子束检测器，其特征在于：所述连接部分，由设有连接在所述化合物半导体基片的荧光出射表面的荧光输入面和连接在所述光检测器的所述光入射面的荧光输出面的光波导构成，所述荧光输出面小于所述荧光输入面。
19.一种扫描型电子显微镜，其特征在于：
其中设有：
构成真空室的室壁；
用电子束扫描布置在所述真空室内的样品表面的电子束扫描部分；以及
电子束检测器，其中设有：含有电子束入射表面和荧光出射表面，将入射到所述电子束入射表面的电子变换为荧光，并从所述荧光出射表面射出所述荧光的化合物半导体基片；光检测器；以及将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器的光入射面光学耦合，将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器物理连接，从而将所述化合物半导体基片与所述光检测器连为一体的连接部分；所述化合物半导体基片包含：具有所述化合物出射表面的化合物半导体层，以及在所述化合物半导体层上形成的、将入射的电子变换成荧光的化合物半导体发光层；所述连接部分，将受电子束的入射而由所述化合物半导体发光层产生的荧光导向所述光检测器，所述光检测器检测所述荧光；
所述电子束检测器安装在所述室壁上，至少使得所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面位于所述真空室内；
所述电子扫描部分周电子束扫描所述样品表面，使所述样品上产生二次电子，通过在所述化合物半导体基片上施加预定电压，所述二次电子被导向所述电子束检测器，由所述电子束检测器检测。
20.如权利要求19所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
还设有：
在所述电子束检测器的所述化合物半导体基片上施加所述预定电压的电压施加装置，
控制部分，以及
输出部分；
通过所述电压施加装置对所述化合物半导体基片施加所述预定电压，将所述样品中产生的二次电子导向所述电子束检测器；所述控制部分，通过一边将所述电子束的扫描位置与所述电子束检测器的输出相对应、一边控制所述输出部分，输出所述样品的像。
21.一种质量分析装置，其特征在于：
其中设有：
构成真空室的室壁，
设于所述真空室内的、基于样品产生离子的离子发生部分，
设于所述真空室内的、将所述产生的离子按质量进行分离的分离部分，
设于所述真空室内的、被所述分离部分分离的离子照射而生成电子的离子-电子变换部分；以及
电子束检测器，其中包括：含有电子束入射表面和荧光出射表面，将入射到所述电子束入射表面的电子变换为荧光，并从所述荧光出射表面射出所述荧光的化合物半导体基片；光检测器；以及将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器的光入射面光学耦合，将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器物理连接，从而将所述化合物半导体基片与所述光检测器连为一体的连接部分；所述化合物半导体基片包含：具有所述化合物出射表面的化合物半导体层，以及在所述化合物半导体层上形成的、将入射的电子变换成荧光的化合物半导体发光层；所述连接部分，将受电子束的入射而由所述化合物半导体发光层产生的荧光导向所述光检测器引导，所述光检测器检测所述荧光；
所述电子束检测器安装在所述室壁上，至少使所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面位于所述真空室内；
受到向所述离子-电子变换部分的离子照射，所述离子-电子变换部分产生二次电子，通过在所述化合物半导体基片上施加预定的电压，所述二次电子被导向所述电子束检测器，由所述电子束检测器检测。
22.如权利要求21所述的质量分析装置，其特征在于：
还设有，
在所述电子束检测器的所述化合物半导体基片上施加所述预定电压的电压施加装置，
控制部分，以及
输出部分，
通过所述电压施加部分在所述对化合物半导体基片上施加所述预定电压，将所述离子-电子变换部分中产生的二次电子导向所述电子束检测器；所述控制部分，通过一边将所述分离部分的分离操作和所述电子束检测器的输出相对应一边控制所述输出部分，输出所述样品的质量分析结果。
23.一种离子检测器，其特征在于：
设有电子束检测器和微细通道板，
所述电子束检测器中包括：含有电子束入射表面和荧光出射表面，将入射到所述电子束入射表面的电子变换为荧光，并从所述荧光出射表面射出所述荧光的化合物半导体基片；光检测器；以及将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器的光入射面光学耦合，将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器物理连接，从而将所述化合物半导体基片与所述光检测器连为一体的连接部分；所述化合物半导体基片包含：具有所述化合物出射表面的化合物半导体层，以及在所述化合物半导体层上形成的、将入射的电子变换成荧光的化合物半导体发光层；所述连接部分，将受电子束的入射而由所述化合物半导体发光层产生的荧光导向所述光检测器，所述光检测器检测所述荧光；
所述微细通道板，设于跟所述电子束检测器的所述化合物半导体基片的所述电子束入射表面相对的位置；
所述微细通道板受入射的离子照射而产生二次电子，所产生的二次电子入射到所述电子束检测器的所述电子束入射表面。
24.一种电子束检测器，其特征在于：
其中设有：
含有电子束入射表面和荧光出射表面的、将入射到所述电子束入射面的电子变换为荧光，并从所述荧光出射表面射出所述荧光的化合物半导体基片，
光检测器，以及
将所述化合物半导体基片的所述荧光出射表面与所述光检测器的光入射面光学耦合，将所述化合物半导体基片与所述光检测器物理连接，从而将所述化合物半导体基片与所述光检测器连为一体的连接部分；
所述化合物半导体基片包含：
化合物半导体被覆层，以及
在所述化合物半导体被覆层上形成的、将入射的电子变换成荧光的由化合物半导体单晶构成的化合物半导体发光层；
所述连接部分，将所述化合物半导体发光层受电子束的入射而产生的荧光导向所述光检测器，所述光检测器检测所述荧光。
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