CS269916B1 - Monokrystalioký eointilátor pro detekci sekundárních elektronů - Google Patents

Abstract

Podstatou sointilátoru je, že má tvar kužele nebo komolého kužele (1) se spodní podstavou (4) o průměru 5 ež 25 mm, výěoe 2 až 8 mm, s úhlem, který svírá rameno spodní podstavy (4) a rameno stěny (2) 20 až 45°.

Description

Vynález se týká monoklystalického sointilátoru pro detekci sekundárních elektronů v rastrovacím elektronovém mikroskopu nebo v rastrovacím transmisním mikroskopu.

Pro detekci sekundárních elektronů v rastrovacím elektronovém mikroskopu nebo v rastrovacím transmisním mikroskopu se nejčastěji používá solntilačně fotonásobičový systém. Je založen na zdvojené transformaci energie typu elektron-foton-elektron pomocí sointilátoru a fotoelektriokého násobiče. Primární elektrony o energii 2 keV až 1 Me V fokusované do malé stopy rastrují povrch sledovaného vzorku a výsledkem této interakce Je vznik elektronů o různé energii. Elektrony o nízké energii do 50 eV se nazývají sekundární elektrony a musejí být pro detekci z povrchu vzorku odsávány přiloženým elektrostatickým polem. Pole Je vytvořeno tak, že na mřížku před solntilátorem je přivedeno kladné napětí několika stovek voltů a odtud jsou sekundární elektrony urychleny ke sointllátoru pomocí kladného urychlovacího napětí kolem 10 keV. S touto energií dopadají elektrony na sointilátor, v němž generují světelné záblesky, jež jsou pomooí světlovodu převáděny ke katodě fotoelektriokého násobiče, v němž je jejich energie transformována na fotoelektrony a Jejich počet znásoben. Podmínkou dobré funkoe sointilačního detektoru sekundárních elektronů je nejen vysoká luminiscenční účinnost, dlouhá životnost sointilačního materiálu, velká Síře pásma a velký dynamický rozsah, ale i dokonalý optický výstup fotonů z něho, dokonalé optické spojení jeho jednotlivých částí - sointllátoru, světlovodu a fotoelektriokého násobiče. Fotony emitované luminiscenčními oentry sointllátoru je nutné přivést k fotokatodě fotoelektriokého násobiče s minimálními' ztrátami. Je známa celá řada sointilačníoh průhledných blokových hmot, například plasty, skla, monokrystaly, které jsou v detektoru sekundárních elektronů používány ve tvaru planparalelní kruhové desky buď na všech stranách vyleštěné, nebo na některých stranách matované hrubované. Planparalelní kruhová deska sointllátoru Je jednou podstavou přitisknuta ke světlovodu. Tato podstava tvoří výstupní rozhraní a účinnost detektoru závisí na tom, kolik světla projde výstupním rozhraním do světlovodu. Světlo generované po dopadu sekundárních elektronů na sointilátor se šíří solntilátorem všemi směry pod úhlem 4 sr. U dosud známého nejlepšího sointilačního materiálu — monokrystalu ytritohlinitého granátu aktivovaného trojmooným oerem, s indexem lomu 1,84 projde výstupním rozhraním tvořeným vyleštěnou podstavou sointllátoru a vzduchem Jen ta část svčtla, která dopadá na rozhraní pod menším úhlem než Je úhel mezní 32°, oož tvoří jen 8 celkového množství generovaného svčtla. Pokud Je horní podstava planparalelní kruhové desky sointllátoru obrácená směrem k dopadu sekundárních elektronů opatřena reflexní, například hliníkovou vrstvou, může projít výstupním rozhraním dalších 8 % světla, jež Je v případě teoretické stoprocentní odrazivosti odraženo od reflexní vrstvy. Tak vysoká odrazivost však je nepravděpodobná, takže množství odraženého světla, účinného pro průchod výstupním rozhraním, je v daném uzpůsobení podstatně nižší, zpravidla 4 až 6 Celkově nízké množství svčtla procházejíoího výstupním rozhraním 12 až 14 4 bylo zvýšeno matovou úpravou hrubováním spodní podstavy planparalelní kruhové desky sointllátoru. Výstupním rozhraním tak prochází 18 až 20 % celkově generovaného světlá, což představuje stále značně vysoké ztráty světla80 ve sointllátoru. Přitom je známo, že vlastní absorpoe vlastní vlnové dálky emitovaného světla vo sointllátoru ytritohlinitého granátu činí jen několik jednotek

Uvedené nedostatky odstraňuje monokrystalioký sointilátor pro detekci sekundárních elektronů na bázi ytritohlinitého granátu aktivovaného trojmooným oerem, nebo ytritohlinitého perovskitu aktivovaného trojmooným oerem, uzpůsobený k přenosu elektrického náboje při dopadu elektronů z jeho povrchu a k přenosu světelné energie z jeho objemu do objemu světlovodu směrem k fotokatodě fotoelektriokého násobiče, jehož podstatou je, že scintilátor má tvar kužele se spodní podstavou o průměru 5 až 25 mm, výšce 2 až 8 mm, s úhlem svírajícím ramena spodní podstavy a stěny 20 až 45 ·

Konstrukční úpravou vrchol kužele může být odříznut pro vytvoření horní podstavy o průměru 1 až 6 mm při vytvoření komolého kužele.

Vyleštěný povrch kužele je výhodné pokrýt ze strany dopadu sekundárních elektronů

CS 269 916 B1 reflexní vrstvou hliníku tlustou 20 až 60 nm, nebo je pokryt vrstvou kysličníku cíničitého a inditého tlustou 5 až 30 nm, nebo horní podstava komolého kužele Je pokryta kysličníkem cíničltým a Ind1tým uvedené tloušťky a zkosené stěny komolého kužele Jsou pokryty hliníkem uvedené tloušťky či naopak.

Honokrystalický sointilátor ve tvaru kužele, případně ve tvaru komolého kužele dosahuje 3 aŽ 5ti násobně vyšší světelný výtěžek v požadovaném směru vůči dosavadní planparalelní kruhové sointilaění desoe. Zvýšenou odrazlvostí světla od zkosených stěn kužele smérem k výstupnímu rozhraní tvořenému Jeho spodní podstavou pod úhlem menším, než Je úhel mezní se dociluje vyššího průchodu světla výstupním rozhraním směrem do světlovodu, a tím i vyššího účinku solntilaěního detektoru. Vyšší světelný výtěžek scintilátoru v požadovaném směru má za následek zvýšení poměru signálu k šumu solntilačně fotonásobičového detektoru, což příznivě ovlivňuje ěinnost celého elektronového mikroskopu a umožňuje dosažení vyšší kvality obrazové informace.

Na obr. 1, 2 Jsou znázorněny dva příklady provedení monokrystalického scintilátoru podle vynálezu, kde na obr. 1 Je znázorněn sointilátor ve tvaru kužele a průběh jeho signálu - světelného výtěžku, dopadají-li elektrony na jeho povrch v podobě čárové stopy procházející středem scintilátoru, a na obr. 2 Je znázorněn sointilátor ve tvaru komolého kužele a průběh jeho signálu, dopadají-li elektrony na jeho povrch stejným způsobem jako u obr. 1.

Sointilátor na obr. 1, 2 se skládá z kužele 1 nebo komolého kužele £ ytrltohlinitého monokrystalu se spodní podstavou 4 o průměru 5 až 25 mm, výšce 2 až 8 mm a s úhlem, který svírá rameno podstavy 4 a rameno stěny 2 20 až 45°. Jeho stěny 2 jsou vyleštěny, do vysokého lesku a opatřeny tenkou reflexní vrstvou hliníku o tloušťce 20 až 60 nm. Spodní podstava 4 tvořící výstupní rozhraní je rovněž vyleštěna do vysokého lesku. Uvnitř kužele £ je vyznačeno luminiscenční centrum luminiscenční světelný tok 6 vyhovující meznímu úhlu 32° a luminiscenční paprsky 2. odrážející se od zkosených stěn 2 a směřující v požadovaném směru k výstupnímu rozhraní tvořenému spodní podstavou £, kterým mohou procházet do světlovodu 15» Kužel scintilátoru 1 Je připojen ke světlovodu 15 bez použití imerzního pojidla, takže mezi ním a světlovodem 15 vzniká vzduchová mezera £. Na obr. 2 je vrchol kužele £ odříznut, takže vzniká horní podstava 10 komolého kužele, opatřená tenkou vodivou vrstvou kysličníku oíničitého a inditého 11 o tloušťce 5 až 30 nm, která dokonale reflektuje světelný tok 12 pod mezním úhlem směrem na výstupní rozhraní, tvořené spodní podstavou 4.

Součástí obr. 1 a 2 Je záznam průběhu signálu 13 světelného výtěžku, dopadá-li na sointilátor ve tvaru kužele nebo komolého kužele £ elektronový svazek v podobě čárové stopy, procházející středem scintilátoru. Délka čárové stopy odpovídá průměru spodní podstavy 4 kužele nebo komolého kužele £, vynesené na horizontální ose obrázku 1, 2 v nm. Signál Je maximální v blízkosti kolem vrcholu kužele nebo komolého kužele £, jímž prochází na obr. 1, 2 pomyslná osa 14. Výška signálu 13 závisí na vnitřní odrazivosti zkosených stěn 2, na kterou má vliv dokonalost jejioh vyleštěného povrchu a dokonalost provedení reflexních vrstev hliníku £ a vrstvy kysličníku eíničltého a Inditého 11, dále na vlastní absorpci světla sointllačního materiálu a na optické propustnosti výstupního rozhraní spodní podstavy 4. Pro výšku signálu je zužitkován jen luminiscenční tok 6, který dopadá na výstupní rozhraní spodní podstavy 4 pod mezním úhlem, v případě ytritohlinltého granátu 32°, a luminiscenční paprsky £, které jsou reflektovány od reflexních vrstev 3 ,a 11 pod mezním úb1em směrem ke spodní podstavě 4 a světlovodu 15» Počet paprsků 7 odrážejících se pod mezním úhlem ke spodní podstavě 4 závisí na výšoe kužele nebo komolého kužele £, tedy na úhlu zkosení, který svírá stěna 2 a spodní podstava £. Luminiscenční paprsky £ dopadající na spodní podstavu 4 nad mezním úhlem se odrážejí od spodní podstavy 4 směrem k reflexní vrstvě odkud mohou být odraženy směrem ke spodní podstavě 4 bučí pod mezním úhlem, a tak zužitkovány, nebo nad mezním úhlem, pak Jsou několikanásobnými odrazy a absorpcí ztraceny. Úhel zkosení určuje, které paprsky 8 budou využity a které ztraceny.

CS 269 916 Bl

Technický účinek provedení podle vynálezu znamená, že signál je v oblasti kolem vrcholu scintilátoru z komolého kužele 1 3 až 5krát vy33í než u dosavadních provedení scintilátoru ve tvaru planparalelní kruhové desky.

Claims (3)

1. Monokrystalický scintilátor pro detekoi sekundárních elektronů na bází ytritohlinitého granátu aktivovaného trojmocným oeram nebo na bázi ytritohlinitého perovskitu aktivovaného trojmocným oerem, uzpůsobený k přenosu elektrického náboje při dopadu elektronů z jeho povrchu a k přenosu světelné energie z jeho objemu do objemu světlovodu směrem k fotokatodě násobiče, vyznačující se tím, že scintilátor má tvar kužele (i) se spodní podstavou (4) o průměru 5 aA 25 mm* výíoe 2 až 8 mm, s úhlem, který svírá rameno spodní podstavy (4) a rameno stěny (2) 20 až 45°.

2. Monokrystalický scintilátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že má tvar komolého kužele (1) a vytváří horní podstavu (1O) o průměru 1 až 6 mm,

3. Monokrystalický scintilátor podle bodu 1 a 2, vyznačující se tím, že vylečtěný povrch komolého kužele (i) je pokryt kombinací dvou tenkých vrstev, přičemž horní podstava (10) Je pokryta kysličníkem oíničito-inditým o tlouěíoe 5 až 30 nm a stěny (2) jsou pokryty hliníkem o tlouBťce 20 až 60 nm.