CZ20022223A3 - Detektor rastrovacího elektronového mikroskopu s proměnným tlakem a rastrovací elektronový mikroskop s takovým detektorem - Google Patents

Description

Vynález se týká detektoru rastrovacího elektronového mikroskopu, zvláště rastrovacího elektronového mikroskopu s proměnným tlakem a rastrovacího elektronového mikroskopu s takovým detektorem. Rastrovacím elektronovým mikroskopem s proměnným tlakem nebo HPSEM (scanning electron microskope) je třeba rozumět rastrovací elektronový mikroskop, u kterého je možný provoz s plynem ve zkušební komoře při tlaku nejméně 0,1 Pa.

Dosavadní stav techniky

V rastrovacím elektronovém mikroskopu (HPSEM) se jako detektoru obyčejně používá kolektorové elektrody s dále zařazeným operátorovým zesilovačem nebo detektoru scintilace plynu. Později uvedený se skládá ze světlovodiče s dále zařazeným fotonásobičem. V obou případech se potřebuje sekundární elektronová kaskáda v plynu.Uspořádání, která využívají sekundární elektronovou kaskádu jsou popsána např. v US 4785182, US 5396067, US 5677531 nebo v JP 2236939, JP 2267846 a JP 2273445 a rovněž v článku G. Danilatose v časopisu Advances in Electronics and Electron Physics, svazek 78, str. 1 až 102, 1990. V souvislosti s kaskádou sekundárních elektronů vystupují následující problémy:

1. Činitel zesílení kaskády sekundárních elektronů je omezen průrazy.

l ·· 44 44 • · · a * 4 a ·

4·· 4 4 ·

4 444 ··· 4 4 4 4 ·· 444» • 4« · 44 4« 44 »444 « 44 ·

2. V dnešních rastrovacích elektronových mikroskopech (HPSEM) má dolní stupňová clona tlaku podobný potenciál jako kolektorová elektroda, tj. elektroda na konci kaskády sekundárních elektronů. Proto musí být kaskáda sekundárních elektronů z největší části v plynu na stejné cestě podél které dochází (v obráceném směru) také k rozptylu primárních elektronů. Proto se tlak a cesta v plynu nemohou volit volně, nýbrž jejich součin musí být dostatečně velký, aby se dostal dostatečný zesilovací činitel kaskády sekundárních elektronů také když tlak nebo dráha v plynu jinak vlastně často by vůbec nemusely být tak velké. Za těchto podmínek se musí podle toho uvažovat zbytečně silný rozptyl primárních elektronů. Tato nevýhoda vystupuje také při detekci v trubce vedoucí paprsek.

3. V rastrovacích elektronových mikroskopech (HPSEM) s kolektorovou elektrodou a dále zařazeným operačním zesilovačem nejsou možné žádné vysoké rastrovací rychlosti. Při malých sílách proudů paprsků nejsou ani jednou možné normální rastrovací rychlosti, jaké jsou potřebné pro vyrovnání. Důvod pro to spočívá v tom, že časová konstanta operátorového zesilovače při příliš velkém zesilovacím činiteli operátorového zesilovače je pro tuto rastrovací rychlost příliš velká.

4. Jak u rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s detektory scintilace plynu, tak také u rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s kolektorovou elektrodou není účinnost detekčního systému zcela uspokojivý. Zhoršený poměr signálu k Šumu a větší poškození preparátů paprsky jsou následky, na kterých selhává provedení některých zadání úloh.

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je poskytnout zlepšený detektor rastrovacího elektronového mikroskopu (HPSEM), u kterého je odstraněna alespoň část výše uvedených problémů. Dále je cílem vynálezu uvést rastrovací elektronový mikroskop (HPSEM) s takovým zlepšeným detektorem. Tyto cíle se vyřeší rastrovacím elektronovým mikroskopem s význaky nároků 1 a 2 a s detektorem s význaky nároku 18. Výhodné tvary provedení vynálezu plynou z význaků závislých nároků.

*4 44 44 ··

4 4 4 4 4 4444 « · 4 4 4 4 4 * * • 4 444 444 · 4 4 4

44 9*44

44» · 44 4» 44 449»

444 ·

Rastrovací elektronový mikroskop podle vynálezu má jako známé rastrovací elektronové mikroskopy (HPSEM) trubku vedení paprsku primárních elektronů s poslední stupňovou clonou tlaku na straně vzorku, kterou procházejí primární elektrony do zkušební komory, zkušební komoru, držák vzorku ve zkušební komoře a první elektrodu, která má proti držáku vzorku a poslední stupňové cloně tlaku trubky vedení paprsku pozitivní potenciál. Potenciální rozdíl mezi vzorkem a první elektrodou slouží k urychlení sekundárních elektronů, které jsou vybaveny primárními elektrony ze vzorku drženého držákem vzorku, přičemž nárazy těchto urychlených sekundárních elektronů s obklopujícími molekulami plynu se vytvoří známá kaskáda sekundárních elektronů, která vede k zesílení proudu sekundárních elektronů.

Jako trubka vedení paprsku ve smyslu této přihlášky se přitom označuje oblast mezi zdrojem elektronů a poslední stupňovou clonou tlaku.

V prvním tvaru provedení vynálezu je opatřena alespoň druhá elektroda, jejíž konec upravený k držáku vzorkuje od držáku vzorku vzdálen méně než první elektroda. Tato druhá elektroda má potenciál, který je mezi potenciálem první elektrody a potenciálem vzorku nebo má potenciál vzorku.

V druhém tvaru provedení vynálezu je opatřena jediná elektroda s menší elektrickou vodivostí, podél které se na základě dvou rozdílných přiložených potenciálů nastaví potenciální rozdíl jako u odporového řetězce. Tímto potenciálním rozdílem vznikne elektroda s proměnným potenciálem podél jejího povrchu.

Pomocí druhé elektrody nebo potenciálu měnícího se podél elektrody se rozložení potenciálu mezi držákem vzorku a první elektrodou ovlivní tak, že vznikne zvětšený objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace.

99 9» 99 · 9 · 9 · 9 9 9 9 • 9 9999 99 · • 9 999 999 9 9 9 9 >9 9999

999 99 99 99 9999

Kaskádou sekundárních elektronů se v plynu vytvoří prostorově proměnná hustota ionizace, která je závislá na geometrii a nabití potenciálem existujících elektrod. Když je v plynu lokálně příliš velká hustota ionizace, vzniknou průrazy. Kromě elektronů vznikají také fotony scintilace plynu hlavně v oblasti velké hustoty ionizace.

Funkční princip, který je základem vynálezu, spočívá v tom, že se vytvoří zvětšený objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace, aby se tím dostal větší zesilovací činitel sekundárních elektronů nebo silnější fotonový signál. Jako podkritická se označuje hustota ionizace, při které ještě nevznikají žádné průrazy.

Zvětšená oblast s větší ale podkritickou hustotou ionizace je u vynálezu ohraničena elektrodami, takže tato oblast je proti zbytku zkušební komory ohraničená oblast. Toto plyne z toho, že tyto elektrody ohraničující oblast současně slouží k vytvoření zvětšené oblasti s větší ale podkritickou hustotou ionizace.

Část oblasti s větší hustotou ionizace může při tom také ležet mimo ohraničenou oblast, například ve tvaru kaskády sekundárních elektronů vstupující do ohraničené oblasti. Přitom by měla celkem ale přesto nejméně polovina objemu s větší hustotou ionizace ležet v oblasti, která je elektrodami ohraničena od zbytku zkušební komory.

Elektrodami ohraničená oblast leží mimo trubkou vedení paprsku uzavřenou oblast, která je ohraničena poslední stupňovou clonou tlaku od zkušební komory. Toto má dvě výhody proti uspořádání, u kterého zvětšená oblast s větší ale podkritickou hustotou ionizace leží nad poslední stupňovou clonou tlaku, tedy v trubce vedení paprsku. Za prvé nemusí být učiněna žádná opatření, aby se sekundární elektrony nedostaly stupňovou clonou tlaku, což je problematické zvlášť při velkých pracovních vzdálenostech a při malých průměrech otevření poslední stupňové clony tlaku.

Zejména ale za druhé nemusí být nad poslední stupňovou clonou tlaku, tedy v trubce vedení paprsku, brán v úvahu žádný velký rozptyl primárních elektronů, což je ··· · «· ·· ·· ·· ·· · · » « · ···· • · »····· · • · · · * «·· » · » · * · · · ··· ··· a *« ·· ·* ···· nevyhnutelně případ, když se má v této oblasti dosáhnout velké hustoty ionizace kaskádou sekundárních elektronů. Dráha v plynu s velkým rozptylem primárních elektronů nad poslední stupňovou clonou tlaku v protikladu k dráze v plynu pod poslední stupňovou clonou tlaku nemůže být zkrácena menší pracovní vzdáleností. Uspořádáním oblasti ohraničené elektrodou mimo trubku vedení paprsku je u vynálezu také možná práce se střední a menší primární energií s tím spojenými známými výhodami.

Myšlenka vynálezu zvětšené oblasti s větší ale podkritickou hustotou ionizace, která je v oblasti ohraničené elektrodami proti zkušební komoře mimo trubku vedení paprsku, může být realizována různými způsoby:

V jednom tvaru provedení je objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace zvětšen kolmo ke směru šíření kaskády sekundárních elektronů. V alternativním tvaru provedení je objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace zvětšen ve směru šíření kaskády sekundárních elektronů. Dále jsou možné také smíšené tvary, u kterých objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace je zvětšen jak kolmo, tak také ve směru šíření kaskády sekundárních elektronů.

U známých rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s kolektorovou elektrodou dosahuje hustota ionizace blízko pod otevřením dolní stupňové clony tlaku své maximální hodnoty. U známých rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s detektory scintilace plynu dosahuje hustota ionizace své maximální hodnoty blízko před pozitivní elektrodou na konci kaskády sekundárních elektronů. Vhodným nabitím potenciálem přídavných elektrod se podle vynálezu dosáhne toho, že kaskáda sekundárních elektronů se rozdělí na větší objem, takže celkově se dosáhne větších zesilovacích činitelů při současně podkritické hustotě ionizace. S detektory podle vynálezu rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) a uspořádáním podle vynálezu se proto může dosáhnout podstatně většího zesilovacího činitele kaskády sekundárních elektronů a jí vytvořených fotonů, protože kaskáda sekundárních elektronů je druhou elektrodou vytvořena tak, že oblast s největší hustotou ionizace zaujímá * ·· ·» ·· ·· ·· ·· · ···· ···;

• · ······ · * · · · ··· · · · · • · ·· · · · · •ί» · «· ·· ♦· ···· mnohem větší objem, Tím se může při stejné maximální hustotě ionizace dosáhnout mnohem většího zesilovacího činitele kaskády sekundárních elektronů a jí vytvořených fotonů.

Druhá výše uvedená nevýhoda se u detektoru podle vynálezu obejde, protože mezi oblastí blízko pod dolní stupňovou clonou tlaku a elektrodou na konci kaskády sekundárních elektronů je možná kaskáda sekundárních elektronů s velkým Činitelem zesílení a proto v oblasti blízko pod dolní stupňovou clonou tlaku se již nepotřebuje dosáhnout žádného většího zesilovacího činitele kaskády sekundárních elektronů.

Třetí výše uvedený problém se u detektoru podle vynálezu řeší na základě zvětšeného objemu s větší hustotou ionizace mnohem větším zesilovacím činitelem kaskády sekundárních elektronů. Tím je nutné jen ještě malé zesílení dále zařazeným operačním zesilovačem.

U rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s detektory scintilace plynu se může větším zesilovacím činitelem kaskády sekundárních elektronů zlepšit účinnost detekce. Tak se vynález velmi dobře hodí také pro rastrovací elektronové mikroskopy (HPSEM) s detektory scintilace plynu.

U dalšího výhodného provedení vynálezu probíhá druhá elektroda nebo slabě vodivá elektroda od první elektrody skloněná ve směru k držáku vzorku a tvoří na svém konci ve směru k držáku vzorku otevření pro průnik pole vytvořeného první elektrodou nebo pole pomocných elektrod, které vede sekundární elektrony k první elektrodě.

Výhodným způsobem jsou dodatečně opatřeny další přídavné pomocné elektrody ke zlepšení vedení sekundárních elektronů otevřením definovaným koncem druhé elektrody.

«· ·» • · ♦ * · · · · · ·

4· ···· «··· ·» φ* • «*· · · · ·

4 · · ··* • 4 · ·

Dále jsou výhodným způsobem vytvořeny první a druhá elektroda rotačně symetricky k optické ose rastrovacího elektronového mikroskopu, tj. k trubce vedení paprsku. K tomu může první elektroda obklopovat trubku vedení paprsku tvarem prstence a druhá elektroda jako první elektroda může být vytvořena jako obklopující, k držáku vzorku kuželově vybíhající elektroda ve tvaru trychtýře. Otevřením druhé elektrody upraveným ke vzorku dochází k průniku pole, které vede sekundární elektrony k první elektrodě. Rotačně symetrickým uspořádáním elektrod se zmenší negativní vlivy na paprsek primárních elektronů.

Jedna z dalších pomocných elektrod může být vytvořena jako válcová elektroda ve tvaru trubky obklopující trubku vedení paprsku.

První a druhá elektroda a/nebo další pomocné elektrody mohou být vytvořeny jako jediná elektroda s malou elektrickou vodivostí, např. jako izolátor se slabě elektricky vodivou vrstvou. Místo tenké vrstvy je na izolátoru také možné vytvořit masívní elektrody z materiálu s malou elektrickou vodivostí. Na základě malé elektrické vodivosti elektrody se potom nastaví podél elektrody ve smyslu zapojení napěťového děliče místně rozdílný potenciál. Konec této slabě vodivé elektrody upravený ke vzorku, případně kontaktování na jejím konci odpovídá druhé elektrodě v příkladu provedení oddělené první a druhé elektrody. Místo, tj. kontaktování slabě vodivé elektrody s nejvyšším potenciálem odpovídá první elektrodě v příkladu provedení s oddělenou první a druhou elektrodou. Analogicky k příkladu provedení s oddělenými elektrodami má proto konec slabě vodivé elektrody upravený ke vzorku nižší potenciál než místo slabě vodivé elektrody s nejvyšším potenciálem.

V dalším příkladu provedení vynálezu je slabě vodivá elektroda uvnitř dutého prostoru otevřeného najedná straně ve světlovodiči. Místo kontaktování této slabě vodivé elektrody s nejvyšším potenciálem odpovídá ve své funkci zase první elektrodě. Nalézá se v dutém prostoru světlo vodiče ve velké vzdálenosti od vstupního otvoru na straně vzorku. Kontaktování slabě vodivé vrstvy v blízkosti otevření • 9

9999

99 99 ·· • 9 9 9 9 9999 • 99» 9 · *

9 999 99· ·

9 9 9 9 9 «9 99 9999 na straně vzorku dutého prostoru odpovídá ve své funkci druhé elektrodě ve tvaru provedení s oddělenou první a druhou elektrodou. Kontaktování slabě vodivé vrstvy v blízkosti vstupního otevření na straně vzorku dutého prostoru může být následováno elektrodou, která je nanesena na vnějších plochách světlovodiČe a slouží tam také jako odrazový povlak světlovodiČe.

Dutý prostor může být vytvořen ve tvaru kužele nebo jehlanu, aby se zlepšilo vedení světla ve světlovodiči k detektoru světla.

Existují však ještě jiné možné tvary dutého prostoru, např. válcový vývrt.

Dále je možné, aby se vytvořila slabě vodivá elektroda v oblasti blízko vstupního otvoru s menší tloušťkou vrstvy než v oblasti vzdálené od vstupního otevření. Na základě z toho plynoucí malé vodivosti v blízkosti vstupního otvoru plyne v této oblasti větší síla pole než v oblasti vzdálené od vstupního otevření.

První elektroda nebo jí odpovídající kontaktování se rozprostírá v dutém prostoru světlovodiČe přednostně alespoň na dvou proti sobě ležících stranách dutého prostoru přes rozšířené vzdálenosti v dutém prostoru, aby se kaskáda sekundárních elektronů rozdělila na co možno velký objem.

Ve tvaru provedení vynálezu, ve kterém je zvětšen objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace ve směru Šíření kaskády sekundárních elektronů, se rozprostírá více elektrod nebo jedna jediná jen slabě elektricky vodívá elektroda podél protáhlého dutého prostoru nebo meziprostoru ve světlovodiči nebo sousedí se světlovodičem. Protáhlým dutým prostorem nebo meziprostoremje třeba rozumět dutý prostor nebo meziprostor, jejichž délka je větší než dvojnásobek největšího průměru kružnice, která se dá vepsat do průřezu dutého prostoru nebo meziprostoru. V oblasti dutého prostoru na vstupní straně jsou elektrody nabity takovým potenciálem, že se pro sekundami • «··· ·· ·· ·· ··

0 4 0 0 400* • 0 4044 04 · * 0 990 000 090 ·

40 0 909 t ·« «· ·· ···· elektrony dostane větší zesilovací činitel. Alternativně mohou být opatřeny před vstupním otevřením také přídavné elektrody a mohou být nabity takovým potenciálem, že v této oblasti na straně vstupu vznikne pro sekundární elektrony větší zesilovací činitel. V této oblasti na straně vstupu se potom napojuje druhá oblast dutého prostoru nebo meziprostoru, ve kterém jsou elektrody tak slabě nabity rozdílnými potenciály, že v této druhé oblasti plyne pro sekundární elektrony zřetelně zmenšený zesilovací činitel, zvláště mezi 0,2 až 5 násobek, ideálně 1.

Tato druhá oblast je protáhlá oblast. V ní nevzniká sice žádné nebo žádné silné zesílení proudu sekundárních elektronů, ale je postaráno o to, aby dále zůstala zachována velká ale podkritická hustota ionizace. Přitom se kaskáda sekundárních elektronů nárazy v plynu a difúzí sekundárních elektronů do stěn meziprostoru stále zeslabuje, ale současně se přilehlým polem zesiluje. Velkou hustotou ionizace v této oblasti objemu vzniká silná scintilace plynu, která se dá dokázat detektorem světla uspořádaným na konci světlovodiče. Také toto uspořádání detektoru umožňuje zvětšeným objemem s podkritickou hustotou ionizace podstatné zlepšeni citlivosti důkazu.

Další provedení spočívá v kombinaci s Everhardt-Thomleyovým detektorem, ve které čelní plocha stejně již existujícího světlovodiče je vytvořena jako scíntilátor a je ke kontaktování opatřena tenkou vodivou vrstvou, která se dá nabít vysokým napětím. Pomocí další dopředu umístěné mřížkové elektrody, která toto vysoké napětí dalekosáhle odstíní proti paprsku primárních elektronů, může být uspořádání detektoru použito také k detekci elektronů při vakuovém provozu elektronového mikroskopu.

Zatímco u dnes běžných rastrovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) s kolektorovou elektrodou je v oblasti otevření dolní stupňové clony tlaku často velká síla elektrického pole, které vede k silnému ohybu elektrického pole uvnitř otevření stupňové clony tlaku a negativně ovlivňuje primární elektrony a vede ke zhoršení rozlišení, • ««»« *· ·» ·· ·· • Β « · Β « · © · · · © «©··©· · © · ©9 ♦····· * *

Β © © · © · * · «Β© · ·· ΒΒ <· ·♦© je u detektorů podle^vynálezu v oblasti otevření dolní stupňové clony tlaku potřebná jen slabší síla elektrického pole, takže tento nevýhodný účinek se zmenší.

Další tvar provedení spočívá v tom, že osa a/nebo střední rovina dutého prostoru nebo meziprostoru není přímá případně rovná ale zakřivená. Toto má za prvé výhodu, že mnohé částice, které mohou podporovat průraz, např. Roentgenova kvanta, se nemohou rozšířit v dutém prostoru daleko. Za druhé má toto výhodu, že vysokoenergetické elektrony mohou špatně sledovat zakřivený průběh pole a proto také bez změny směru nárazy v plynu snáze zasáhnou stěnu.

Tvar provedení výhodný pro svou jednoduchou výrobu takového dutého prostoru se zakřivenou osou je např. dutý prostor šroubovitého tvaru, u kterého může být šroubovité natočení vypracováno z válcové vnitřní části, která společně s vnějším dutým válcem sloužícím jako vnější část tvoří dutý prostor šroubovitého tvaru.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhodné tvary provedení a vlastnosti plynou z následujícího popisu příkladů provedení znázorněných na obrázcích. Uvádějí:

na obr. 1 schematické znázornění detektoru scintilace plynu podle vynálezu v prvním tvaru provedení, na obr, 2 schematické znázornění detektoru podle vynálezu řádkovacího elektronového mikroskopu (HPSEM) s kolektorovou elektrodou, na obr. 3 schematické znázornění detektoru podle vynálezu, u kterého jsou použity elektrody, podél jejichž povrchů je spojitý napěťový spád, »· 44

-- · · · · « 4 · 4 9 4 · · * *4 »44 444 44* · » 4 44 4 · · · ·* · »» ·· ·» ··»» • 444 *

• 4 · na obr. 4 schematické znázornění detektoru scintilace plynu podle vynálezu, u kterého světlovodiče sousedí na více stranách s kaskádou sekundárních elektronů, na obr. 5 schematické znázornění detektoru z obr. 4 v kolmé rovině řezu k obr. 4, na obr. 6 schematické znázornění detektoru z obr. 4 v kolmé rovině řezu k obr. 4 a 5, na obr. 7 řez dalším příkladem provedení detektoru scintilace plynu, na obr. 8 schematické znázornění dalšího detektoru scintilace plynu svíce dutými prostory pro různé oblasti tlaku, na obr. 9 schematické znázornění řezu dalšího příkladu provedení detektoru scintilace plynu, u kterého vzdálenost proti ležících stěn prostoru je proměnná a na obr. 10 detektor z obr. 9 v kolmé rovině řezu k obr. 9.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 až obr. 10 ukazují schematické znázornění detektorů řádkovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) podle vynálezu. Základní části mikroskopu, zkušební komora, čerpací zařízení, řídicí zařízení atd. přitom nejsou znázorněny. Rovněž nejsou znázorněny zdroje napětí ke generování potenciálů U1 až U9 a také operační zesilovače, které jsou připojeny na kolektorové elektrody, případě fotonásobiče, které jsou připojeny na světlovodiče.

li • ·*»· »· *· ·· ·· · · ·» · · · · ;

« · · · · · » · · « * « «·· · · · · « ·· · · ♦ ♦ *»« · » »· ·· ····

Na obr. 1 až obr. 6 dopadnou primární elektrony otevřením 20 dolní stupňové clony 21 tlaku trubky vedení paprsku na vzorek U držený neznázoměným držákem vzorku, kde se generují sekundární elektrony. Emitované sekundární elektrony a jimi generované sekundární elektrony v plynu jsou v oblasti 19 pod dolní stupňovou clonou tlaku vychýleny elektrickým polem stranou a jsou urychleny ve směru k první elektrodě

50, 51, 52, 67, která je na konci kaskády sekundárních elektronů a ke které vede elektrické pole. Toto vede k tomu, že dochází k zesílení generováním sekundárních elektronů v plynu z velké části podél elektrického pole mezi oblastí 19 a elektrodou 50,

51, 52,67, která je na konci kaskády sekundárních elektronů. Přitom kaskádou sekundárních elektronů generované pozitivní ionty sledují elektrické pole v obráceném směru a jsou přepraveny ve směru k oblasti 19.

Na obr. 1 je přednostní potenciální rozdíl mezí vzorkem H a dolní stupňovou clonou 21 tlaku podle pracovní vzdálenosti, vzorku a složení plynu např. až 800 V, při použití vodní páry zvláště mezi 250 V a 450 V. Tím se mezi vzorkem a dolní stupňovou clonou tlaku generuje kaskáda sekundárních elektronů. Druhá elektroda 31, která obklopuje první elektrodu 51 v podstatě formou trychtýře se špičkou trychtýře ke vzorku 11, má potenciál, který je proti stupňové cloně 21 tlaku pozitivní přednostně o 0 až 150 V. Další pomocná elektroda 34, která jes druhou elektrodou rovnoběžná, je připevněna izolátorem 32 na vnitřní straně trychtýře na druhé elektrodě 3L Další pomocná elektroda 41 je rovnoběžná s trubkou vedení paprsku. Potenciály dalších elektrod 41 a 34 jsou proti potenciálu druhé elektrody 31 pozitivní přednostně až o 250 V, jsou však negativní proti první elektrodě 5_L Tím dochází k průniku pole generovaného první elektrodou 51 v oblasti 19 pod dolní stupňovou clonou tlaku, který provede sekundární elektrony otevřením vytvořeným druhou elektrodou 31 a stupňovou clonou 21 tlaku. Další elektroda 34 je připevněna přes izolační vrstvu 32 na druhou elektrodu 3_1. Další elektroda 41 může být buď rovněž připevněna přes izolační vrstvu na trubku vedení paprsku se stupňovou clonou 21 tlaku nebo ale (jak je znázorněno na obr. 1) je připevněna na světlovodič 56. První elektroda 51 se skládá z více drah vodičů nebo drátů, které jsou připevněny na povrchu světlovodiče 56 a mezi nimi jsou

999· • 99 9

9999 štěrbiny, kterými mohou fotony vstoupit do světlovodiČe. Potenciál první elektrody 51 je podle geometrie detektoru a složení plynu např. o 100 V až 1000 V, pro vodní páru jako plyn a pro geometrii schematicky znázorněnou na obr. 1 přednostně o 200 V až 500 V nad potenciálem dolní stupňové clony 21 tlaku. Celkově se tím dosáhne mezi vzorkem a první elektrodou 51, na které končí kaskáda sekundárních elektronů, vyššího potenciálního rozdílu, než jaký je možný u známých detektorů řádkovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) při stejném tlaku plynu. Vyšší potenciální rozdíl mezi vzorkem Π a první elektrodou 51 vede k podstatně většímu zesilovacímu činiteli kaskády sekundárních elektronů a s tím spojeným výhodám, které byly vyjmenovány výše.

Obr. 2 uvádí schematické znázornění detektoru řádkovacího elektronového mikroskopu (HPSEM) s kolektorovou elektrodou. Přednostní potenciální rozdíly mezi vzorkem Π a dolní stupňovou clonou 21 tlaku, elektrodami 31,41 a 34 jsou stejné jako na obr. 1. Na obr. 2 končí kaskáda sekundárních elektronů na kolektorové elektrodě 52, která je proti stupňové cloně 21 tlaku podle geometrie detektoru a složení plynu např, pozitivní o 150 V až 1000 V a tvoří první elektrodu. Pro vodní páru a geometrii znázorněnou na obr. 2 je potenciální rozdíl přednostně mezi 250 V a 500 V. Další pomocné elektrody 54 a 53 mohou být vynechány, když je požadována jednoduchá konstrukce. Výhoda použití pomocných elektrod 53 a 54 spočívá ve zlepšeném průniku pole kolektorové elektrody 52 až k otevření ve tvaru mezery mezi jinými pomocnými elektrodami 34 a 41. Potenciál pomocných elektrod 53 a 54 je přitom pro geometrii schematicky znázorněnou na obr. 2 přednostně negativní mezi 0 V a 100 V proti potenciálu kolektorové elektrody 52, Aby se dále zvětšila dráha v plynu, kterou probíhá kaskáda sekundárních elektronů, může také vnější pomocná elektroda 34 být rozdělena do několika částí, na které mohou být potom přiloženy různé potenciály a mohou přispět ktomu, aby se v oblasti odchýlily sekundární elektrony, které jsou ještě více vzdáleny od optické osy a do kterých je potom uspořádána kolektorová elektroda. Toto má výhodu, že při stejném zesilovacím činiteli kaskády sekundárních elektronů se před kolektorovou elektrodou na konci kaskády sekundárních elektronů dosáhne ještě malé hustoty ionizace. Podle toho je možný ještě větší zesilovací činitel kaskády sekundárních elektronů bez vzniku průrazů. Kolektorová elektroda 52, pomocné t· *4 ·· ·*

4 9 · · * ·

4 4444 44 ·

444 444 444 4

44 4 4 · ·

444 9 49 44 44 4444 elektrody 53 a 54, elektroda 41 ve tvaru trubky obklopující trubku vedení paprsku a druhá elektroda 31. obklopující ve tvaru trychtýře kolektorovou elektrodu 52 jsou na obr.

připevněny na izolátoru 55.

Obr, 3 uvádí schematické znázornění dalšího detektoru řádkovacího elektronového mikroskopu (HPSEM). Při použití světlovodiče 56 místo izolátoru 55 se vytvoří detektor scintilace plynu. Při použití čárkované kolektorové elektrody 52 sdále připojeným operačním zesilovačem je to současně také detektor s kolektorovou elektrodou. Když se má použít výlučně jako detektor s kolektorovou elektrodou, může se světlovodič 56 nahradit plochým, čárkovaně naznačeným izolátorem 55 a tím se zmenší konstrukční výška. Místo druhé elektrody 31 na obr, 1 a na obr. 2 je na obr. 3 izolátor 33, jehož dolní strana má dobře vodivou vrstvu 30, např. kovovou vrstvu a který přejímá funkci elektrody 3E Přednostní potenciální rozdíl mezi vzorkem 1J. a stupňovou clonou 2J_ tlaku je stejný jako na obr. 1 a obr. 2. Přednostní potenciální rozdíl mezi stupňovou clonou 21 tlaku a kovovou vrstvou 30 na obr. 3 je stejný jako potenciální rozdíl mezi stupňovou clonou 21 tlaku a první elektrodou 31 na obr. 1 a obr.

2. Na horní straně izolátoru 33 je znázorněna tenká vrstva 35. Tato vrstva má střední nebo malou vodivost a na hranici s kovovou vrstvou 30 je kontaktována potenciálem U3 kovové vrstvy 30. Na jejím vnějším kraji je vrstva 35 kontaktována kovovou vrstvou 50, jejíž potenciál má stejnou přednostní velikost jako potenciál kolektorové elektrody 52 na obr. 2. Tím podél tenké vrstvy 35 vznikne napěťový spád. Podobný napěťový spád vznikne také na protilehlé stěně dutého prostoru podél světlovodiče 56 případně podél izolátoru 55. Toto vede k tomu, že kaskáda sekundárních elektronů je řízena v oblasti, která je vzdálena daleko od optické osy a že kaskáda sekundárních elektronů při nepřítomnosti kolektorové elektrody 52 ostatně končí na elektrodě 50 (případně končí na kolektorové elektrodě 52, když je k dispozici). Výhoda toho, že kaskáda sekundárních elektronů je řízena do oblasti vzdálené daleko od optické osy byla uvedena právě v souvislosti s obr. 2. Výhoda použití elektrod 35, 54, podél kterých je spojitý napěťový spád, spočívá v tom, že se zvlášť dobře podaří vychýlit kaskádu sekundárních elektronů do oblastí, které jsou vzdáleny daleko od optické osy. Kromě toho se zmenší konstrukční nároky, protože takovou elektrodou může být ···« ·« ·* • · · · « * · · * 9 · ··· • · · ·· ·· ·· ·· • 9 · ♦ * 9 * • · · · ♦ · · »9 ···· nahrazeno více elektrod, které mají rozdílné potenciály. Kontaktování kovové vrstvy 30 potenciálem U3 se provede izolovaným vodičem 36, který probíhá přednostně přibližně na ekvipotenciální ploše U3, jak by existovala bez vodiče. Funkci elektrody 41 z obr. 1 a obr. 2 přejímá na obr. 3 dobře vodivá vrstva 42, obklopující přes izolátor 23 trubku vedení paprsku, která je např. kovová vrstva. Její potenciál je přednostně mezi 5 V a 250 Vnad potenciálem stupňové clony 21 tlaku, od které je elektricky oddělena izolační vrstvou 23. Mezi kovovou vrstvou 42 a elektrodou 2i může být nanesena tenká vrstva 22 s malou vodivostí, podél které je napěťový spád mezi potenciály U2 a U4. Ke zjednodušení konstrukce mohou být kovová vrstva 42, izolátor 23 a kovová vrstva 22 také vynechány, přičemž se potom ovšem nedosáhne tak zcela dobrého průniku elektrického pole, které odklání kaskádu sekundárních elektronů od optické osy. Na dolní straně světlovodiče 56 propouštějící světlo je v tenkých strukturách, např. dráhách síťového tvaru, nanesena vrstva 54 se střední nebo malou vodivostí, přičemž šířka drah vodičů je menší než 1 mm a mezi vodivými dráhami jsou mezery, kterými mohou fotony vstoupit do světlovodiče. Tato např. vrstva ve tvaru sítě je kovovou vrstvou 42 kontaktována potenciálem U4 a kovovou vrstvou 50 je kontaktována potenciálem U8, takže podél této vrstvy je napěťový spád podobně jako u vrstvy 35 tvořící druhou elektrodu. Zvláště výhodné provedení spočívá v tom, že vrstva 54 je transparentní pro fotony generované při scintilaci plynu. V tomto případě také nejsou potřebné žádné mezery uvnitř vrstvy. Když se použije izolátoru 55 místo světlovodiče 56, je vrstva 54, podél které je napěťový spád, provedena rovněž bez mezer, aby se dosáhlo co možno malých výrobních nároků. V tomto případě také vrstva nemusí být transparentní.

Obr. 4, obr. 5 a obr. 6 uvádějí schematické znázornění dalšího detektoru scintilace plynu podle vynálezu v různých rovinách řezu. Na obr. 4 je přitom nakreslen průběh rovin řezů z obr. 5 a obr. 6. Části světlovodiče, izolační vrstva 64 a elektrody 15,30 a 50, které leží za nákresnou, jsou na obr. 4 znázorněny čárkovaně. Světlovodič 56 je rozdělen do Čtyř částí 56a, 56b, 56c a 56d. Tyto části tvoří dutý prostor ve tvaru jehlanu, do kterého je na obr. 6 pohled dovnitř ze základny jehlanu . Stěny tohoto dutého prostoru jsou tvořeny povrchy světlovodiče propouštějícími světlo, na kterých jsou jako na obr. 3

4» 44 ·4

4 4 «444

4444 44 4

444 444 444

4 4 4 4 4 · • 4 44 44 ·· 4444 naneseny vrstvy 54a, 54b. 54c, 54d se střední nebo malou vodivostí, podél kterých je napěťový spád. Jako na obr. 3 je také zde tato vrstva strukturována buď tak, žerná mezery, kterými mohou fotony vstoupit do světlovodiče nebo jsou transparentní, takže fotony mohou samy proniknout vrstvami. Jak se dá poznat z obr. 5 a obr. 6, jsou vně kolem světlovodiče naneseny přídavné izolátory 61, 62, 63 a 64. Svetlovodič a izolátory jsou sevřeny vícedílnou elektrodou 30 (skládající se z 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i). která má potenciál U3. Touto elektrodou jsou kontaktovány také vrstvy 54a až 54d nanesené na vnitřní povrchy světlovodiče. Na druhé straně jsou vrstvy 54a až 54d nanesené na vnitřní povrchy světlovodiče kontaktovány elektrodou 50, která má potenciál U8 a která je uspořádána na celé ploše ohraničení mezi světlovodiči 56a a 56b, případně 56c a 56d. Tato elektroda svou funkcí odpovídá elektrodě 50 na obr. 3. Na ní končí kaskáda sekundárních elektronů. Jak se dá na obr. 5 poznat, světlovodiče při pohledu od optické osy se rozprostírají jen na jedné straně místo na obou stranách, což je případ tvarů provedení na obr. 1 a obr. 3.

V protikladu k provedení znázorněným na obr. 1 až obr. 3 nejsou při konstrukci podle obr. 4 až obr. 6 elektrody v oblasti mezi vzorkem H a dolní stupňovou clonou 21 tlaku rotačně symetrické. Světlovodiče 56b a 56c mají výřez ve tvaru půlkruhu kolem optické osy. Tím je mezi nimi a dolní stupňovou clonou 21 tlaku vytvořeno otevření, kterým mohou části kaskády sekundárních elektronů vstoupit do dutého prostoru ve tvaru jehlanu. Toto je podporováno tím, že elektroda 30 (a také 30i) obklopující světlovodič má proti stupňové cloně 21 tlaku podle zvětšení, primánů energie a pracovní vzdálenosti vyšší potenciál mezi 0 V a 500 V, přednostně mezi 0 V a 200 V. Toto jednostranně působící elektrické pole by mělo negativní vliv na dosažitelné rozlišení. Když se má dosáhnout vysokého rozlišení může proto kompenzační elektroda 15 ležící proti světlovodiči vzhledem k optické ose rastrovacího elektronového mikroskopu být nabita potenciálem U9, který se volí tak, že v oblasti optické osy se přibližně vyrovná elektrické pole ve směru ke kompenzační elektrodě 15 a elektrické pole ve směru ke světlovodiči 56. Kompenzační elektroda 15 má přitom tvar segmentu dutého komolého kužele, jehož obrys je na obr. 4 znázorněn čárkovaně. Tím může být vzorek při konstrukci znázorněné na obr. 5 až obr. 6 velmi dobře překlopen ve směru elektrody 15.

···· «0 ·♦ ·♦· 0 · •0 0090

Změnou potenciálu U9 se přitom může také působit proti zhoršení rozlišení, které by vzniklo při napětí mezi vzorkem 11 a dolní stupňovou clonou 21 tlaku nadto při překlopeném vzorku. Spodní stupňová clona 21 tlaku má potenciál, který se podle složení plynu, pracovní vzdálenosti a vzorku volí a provodní páru přednostně je mezi 0 V a 500 V nad potenciálem vzorku. Elektroda 30 skládající se z více Částečných elektrod, zevně obklopující světlovodič, má proti dolní stupňové cloně 21 tlaku potenciál, který je pro znázorněnou geometrii detektoru pozitivní mezi 0 V a 500 V, přednostně mezi 0 V a 200 V, při jiné geometrii detektoru však může být ještě vyšší. Jako na obr. 3 je také na obr. 4 až obr. 6 opatřena trubku vedení paprsku obklopující přídavná elektroda 42, která se skládá z kovové vrstvy a je elektricky izolována izolační vrstvou 23 proti stupňové cloně 21. tlaku. Její potenciál U4 je pro znázorněnou geometrii detektoru rovněž přednostně pozitivní o 0 V až 200 V proti stupňové cloně tlaku. Dostane se konstrukční zjednodušení, ve kterém potenciál U4 elektrody 42 obklopující trubku vedení paprsku má stejný potenciál U3 jako elektroda 30 obklopující světlovodič. Jako na obr. 3 může být také v konstrukci na obr. 4 opatřena tenká vrstva 22 s malou nebo střední vodivostí a spojitým napěťovým spádem mezi elektrodou 21 a elektrodou 42 obklopující trubku vedení paprsku, aby se dále zlepšil průběh pole a aby se zakryl izolátor 23. Při malém potenciálním rozdílu mezi dolní stupňovou clonou 21 tlaku a elektrodou 30 obklopující světlovodič se dostane jako přednostní příklad provedení konstrukční zjednodušení tím, že se může vypustit elektroda 42 obklopující trubku vedení paprsku, izolační vrstva 23 a tenká vrstva 22.

Celkově je funkce provedení znázorněného na obr. 4 až obr. 6 podobná jako u provedení znázorněného na obr. 3. Mezi vzorkem 11 a dolní stupňovou clonou 21 tlaku se vytvoří kaskáda sekundárních elektronů. Zatímco později dojde k dalšímu zesílení proudu sekundárních elektronů v dutém prostoru ve tvaru jehlanu, stačí zde v protikladu k dnes známým detektorům řádkovacích elektronových mikroskopů (HPSEM) slabá kaskáda sekundárních elektronů. Podle nastavení potenciálů U9, U3, U2 a U1 může být buď velká část kaskády sekundárních elektronů vychýlena v dutém prostoru ve tvaru jehlanu napravo nahoru, přičemž ovšem podle primární energie a potenciálních rozdílů se nemůže dosáhnout plného místního rozlišení mikroskopu, nebo se

9999

9© • · 9

9 · • 999 9 ©9 ·»

99 • 9 · · • 9 * • 9 · ··· ©« ©«9« na obr. 4 může pravá polovina kaskády sekundárních elektronů v dutém prostoru ve tvaru jehlanu vychýlit a může se dosáhnout plného rozlišení mikroskopu. V dutém prostoru ve tvaru jehlanu se kaskáda sekundárních elektronů rozprostírá na všechny strany až k první elektrodě 50, která má potenciál U8. Potenciál U8 je potom podle složení plynu, geometrie detektoru např. mezi 100 V a více než 1000 V (pro schematicky znázorněnou geometrii a vodní páru jako plynu přednostně mezi 100 V a 600 V) nad potenciálem U2 dolní stupňové clony tlaku. Vytvoření kaskády sekundárních elektronů v dutém prostoru ve tvaru jehlanu, který je sevřen světlovodiči, má výhodu, že velmi velká část fotonů vytvořených scintilácí plynu se dostane do světlovodiče. Toho se může také alternativně dosáhnout malým konstrukčním prostorem a malou plochou příčného průřezu světlovodiče, ve kterém plochy světlovodiče mohou být nahrazeny izolujícími odrazovými plochami, na kterých je nanesena špatně vodivá vrstva. Izolující odrazová plocha se může také skládat z tenkého světlovodiče, který odráží zezadu. Dutý prostor ve tvaru jehlanu má výhodu, že na povrch světlovodiče mohou být naneseny zvlášť lehké struktury z vrstvy s malou nebo střední vodivostí, protože ohraničující plochy dutého prostoru jsou rovné. Samozřejmě jsou ale možné jiné tvary dutého prostoru, které nemají žádné rovné ohraničující plochy a s ohledem na elektrické pole jsou částečně dokonce ještě lepší.

Na obr. 1 až obr. 4 je otevření vytvořené druhou elektrodou 31 případně 30 případně 31i, kterým procházejí sekundární elektrony, relativně velké. Může být ale také podstatně menší (např. podobně velké jako otevření stupňové clony tlaku), nebo může být nahrazeno více menšími otevřeními, které jsou uspořádány po straně od stupňové clony tlaku. Výhoda přitom spočívá v tom, že bude možné pro kaskádu sekundárních elektronů použít jiného plynu s podstatně větším zesilovacím činitelem než který je v zkušební komoře. Aby se udržela co možná malá výměna s plynem ve zkušební komoře, je výhodné mít stejný tlak ve zkušební komoře a v dutém prostoru, ve kterém je kaskáda sekundárních elektronů. Dutý prostor, ve kterém je kaskáda sekundárních elektronů, může být přitom vypláchnut plynem, který je žádán pro kaskádu sekundárních elektronů, aby se znečištění plynem ze zkušební komory udrželo co možno malé. Ještě malé znečištění plynem ze zkušební komory se dostane, když tlak plynu v dutém ··« ·» ·· • · · · * • · · · · • · · · ··· · • · · · • · ·· ·· »· ·· • · · · • · * • · · • · ·· ♦··· prostoru se udržuje vyšší než ve zkušební komoře. S takovým detektorem podle vynálezu, který pracuje s kaskádou sekundárních elektronů, je také možný provoz blízký provozu bez plynu ve zkušební komoře, při kterém je zkušební komora stále vyčerpávána a plyn, který je ve zkušební komoře, se skládá jen z plynu, který naproudí otevřením z dutého prostoru, ve kterém je kaskáda sekundárních elektronů.

Detektor scintilace plynu na obr. 7 se skládá z válcové trubky 80 z materiálu vedoucího světlo s detektorem 82 světla na konci světlo vodiče 83, který je napojen na válcovou trubku. Na jednu stranu otevřený dutý prostor ve světlovodiči má slabé elektricky vodivé pokrytí 84. Nabitím vhodným potenciálem kontaktních kroužků 65, 66, 67 se dosáhne toho, že v oblasti 68 na straně vstupu trubkového rýhovaného prostoru 81 vznikne oblast s větší silou elektrického pole, ve kterém vystupuje silná kaskáda sekundárních elektronů. Hustota ionizace v této oblasti se ideálně vede až blízko k hustotě ionizace průrazu. V této oblasti na straně vstupu se uzavírá ve srovnání s největším průměrem kružnice, která se dá vepsat v průřezu, dlouhá oblast 69, ve které vhodným nabitím kontaktování 66.67 potenciály převládá malá síla elektrického pole, takže v této oblasti vznikne znásobení sekundárních elektronů asi 1, tedy proud sekundárních elektronů je držen konstantní bez podstatného dalšího zesílení. V této podlouhlé druhé oblasti vznikne na základě velké hustoty ionizace v dlouhé oblasti silná scintilace plynu, aniž by byla nutná nadkritická k průrazu vedoucí hustota ionizace. Důkazem fotonů vytvořených v druhé oblasti je možný velmi citlivý důkaz původních sekundárních elektronů.

Střední kontaktování 66 může také odpadnout, když místo něj se tím v první oblasti nastaví síla pole odlišná od síly pole ve druhé oblasti, že se vodivost slabě vodivého povrchu v první oblasti liší od vodivosti v druhé oblasti. Toho se může dosáhnout např. rozdílnou tloušťkou vrstvy v obou oblastech.

9999 • 9 99

9 9 9 • 9 9 9

9 999 9

9 9

99

9 ·

9 ·

9999

Další výhodná možnost spočívá v tom, že vytvoření kaskády sekundárních elektronů na straně vstupu s velkou hustotou ionizace se nechá existovat nikoli uvnitř dutého prostoru ale před dutým prostorem. Toto se dá nastavit pomocí další elektrody 73 na čelní straně detektoru, která může být rovněž vytvořena jako elektricky slabě vodivé pokrytí, takže se nastaví gradient elektrického pole ve směru otevření dutého prostoru.

Odrazové plochy vnějších ploch světlovodiČe 80, 83 nejsou na obr. 7 znázorněny. Na čelní ploše 73 je také výhodné světlo propouštějící, vodivé nebo slabě vodivé pokrytí.

Na tomto místě by se mělo poukázat na to, že dutý prostor nepotřebuje být nutně válcově kulatý, spíše jsou také myslitelné válcové duté prostory s plochými nebo různě zakřivenými stěnami. Místo dutého prostoru se může použít také štěrbina, jejíž účinná výška je dána největším průměrem kružnice, která se dá ve štěrbině vepsat. Kontaktování nesmí však přitom nastat přes celou šířku štěrbiny, ale zvláštní takové kontaktování, na kterém je nej vyšší potenciál, by mělo mít dostatečný odstup od okrajů štěrbiny, aby nevznikly žádné průrazy. Když se místo dutého prostoru použije štěrbiny nebo meziprostoru, měla by šířka štěrbiny případně šířka meziprostoru být zvolena víc než třikrát větší než je účinná výška štěrbiny případně meziprostoru, aby nevznikly takové průrazy.

V dalším vedení vynálezu je také možné opatřit více dutých prostorů a meziprostorů s alespoň v jednom směru rozdílnými vzdálenostmi od protilehlých ploch stěn. Pohled na jedno takové další provedení je zobrazeno na obr. 8. Přednostní tvar provedení spočívá v tom, že dutý prostor 71 s menší vzdáleností od protilehlých stěn je blíže ke vzorku než dutý prostor s větší vzdáleností od protilehlých stěn. Rozdílnými rozměry dutých prostorů 70,71 ve světlovodiči 72 v alespoň v jednom směru kolmém k podélné ose dutých prostorů je vždy jeden z dutých prostorů 70, 71. pri stejných přiložených potenciálech předem určen pro blízkou optimální kaskádu sekundárních elektronů pri různých tlacích. Podle právě existujícího tlaku komory může potom jeden z dutých prostorů být vybrán jako detektor sekundárních elektronů, ve kterém elektroda nebo elektrody v

9999

9« 99 * 9 · · 9 • 9 9 9 9 • 9 9 9 999

9 9 9

9 99 99 ·9 • 9 9 · • 9 ·

9 · · · ·

999* jednom zobou dutých prostorů jsou nabity potenciálem vytvořeným kaskádou sekundárních elektronů.

V dutém prostoru s menší vzdáleností protilehlých ploch stěn může být také vzdálenost kontaktování volena o něco menší než u dutého prostoru s větší vzdáleností protilehlých ploch stěn. V tomto příkladu provedení představuje zvláště nízký do šířky protažený dutý prostor 71 smíšený tvar, u kterého zvětšení objemu s větší hustotou ionizace následuje jak ve směru, tak v kolmém směru šíření kaskády sekundárních elektronů, protože kaskáda sekundárních elektronů se může rozšířit přes celou šířku dutého prostoru 71.

Další přednostní provedení vynálezu spočívá v použití dutého prostoru nebo mezíprostoru, jejichž plochy stěn mají proměnnou vzdálenost, takže vzdálenost mezi plochami stěn se pro kaskádu sekundárních elektronů při právě existujícím tlaku komory dá nastavit na optimální hodnotu. Znázornění řezu takového příkladu provedení je uvedeno na obr. 9. Další výhoda tohoto příkladu provedení spočívá v tom, že čelní plocha světlovodiče 83 má scíntilátor 87, na kterém je nanesena napařená vrstva 88 jako tenké kontaktování, na kterém je např. 10 kV. Dále je před tímto kontaktováním opatřena mřížková síť 89, aby se jeho silné elektrické pole proti zkušební komoře oslabilo. Tento detektor může být při provozu rastrovacího elektronového mikroskopu s vysokým vakuem v komoře použit také jako Everhardt-Thomleyův detektor. Výhoda spočívá zvláště v tom, že stejný světlovodič 83 se svým vakuovým provedením neznázoměným na obr. 9 a stejný detektor fotonů 82 může být použit jak při provozu s vakuem ve zkušební komoře, tak také při provozu s plynem ve zkušební komoře. Stejný příklad provedení, který je na obr. 9 znázorněn v řezu podél osy světlovodiče, je na obr.

znázorněn v řezu napříč k ose světlovodiče. Skládá se ze světlovodiče 83, který je spojen se světlovodičem 80, který sousedí s dutým prostorem 81, který představuje proti zkušební komoře vymezenou oblast, ve které se vytvoří zvětšený objem s větší hustotou ionizace. V protikladu k předchozímu příkladu provedení je dutý prostor 81 na obě strany otevřený. Toto sice vyžaduje větší délku než u dutého prostoru otevřeného jen na jednu stranu, ale má výhodu, že mechanická přestavitelnost vzdálenosti protilehlých «•r«

44

4 4 4

4 4 4

4 444

4 4

44 • 4 *♦ 4 4 ·

4 * 4

4 • •4 4 stěn dutého prostoru je ulehčena. Možnost přestavení je k tomu symbolizována dvěma šipkami F. Síla působí přitom nahoru na světlovodič 83 případně dolů na výstuhu 91.

Podle vzdálenosti proti sobě ležících stěn dutého prostoru je na elektrodách 65, 66, 67, odpovídajících příkladu provedení na obr. 7, vhodné nabití potenciálem, aby se v první oblasti dutého prostoru mezi elektrodami 65, 66 vytvořila silná kaskáda sekundárních elektronů a aby se v druhé oblasti dutého prostoru mezi elektrodami 66 a 67 zachovala velká hustota ionizace. Kontaktování 85 má přednostně potenciál kontaktování 65 nebo potenciál odrazové plochy 86. V oblasti mezi kontaktováními 67, 85 se doznívající kaskádou sekundárních elektronů přidá také ještě k signálu fotonů příspěvek, který je ovšem významně menší než signál fotonů, který se vytvoří mezi kontaktováními 66 a 67. V tomto příkladu provedení se předvídá, že dutý prostor je ohraničen také na dolní straně z vnějšku odrážejícím světlovodičem 90, na kterém je právě tak jako na vrchním světlovodiči 80 nanesena slabě vodivá vrstva 84. Místo toho by bylo také možné dolní ohraničení 90 dutého prostoru vyrobit z elektricky nevodivého odrazového materiálu a přímo na něj nanést slabě vodivou vrstvu 84.

Claims (25)

1. Rastrovací elektronový mikroskop k provozu s plynem ve zkušební komoře s trubkou vedení paprsku pro primární elektrony, zkušební komorou, držákem vzorku ve zkušební komoře, poslední stupňovou clonou tlaku, kterou vstupují primární elektrony do zkušební komory a první elektrodou (50; 51; 52) mající proti držáku vzorku a poslední stupňové cloně tlaku pozitivní potenciál k urychlení sekundárních elektronů vystupujících ze vzorku (11), drženého držákem vzorku, přičemž tato první elektroda je uspořádána mimo trubku vedení paprsku a s alespoň jednou druhou elektrodou (30; 30a až 30i; 31), jejíž konec přivrácený k držáku vzorkuje od držáku vzorku vzdálen méně než první elektroda a má potenciál, který je mezi potenciálem první elektrody a potenciálem vzorku nebo má potenciál vzorku (11).

2. Rastrovací elektronový mikroskop k provozu s plynem ve zkušební komoře s trubkou vedení paprsku pro primární elektrony, zkušební komorou, držákem vzorku ve zkušební komoře, poslední stupňovou clonou tlaku, kterou vstupují primární elektrony do zkušební komory a s elektricky slabě vodivou elektrodou uspořádanou mimo trubku vedení paprsku, která má alespoň dvě kontaktování a jejíž konec přivrácený k držáku vzorku má elektrický potenciál, který je mezi potenciálem kontaktování s nejvyšším potenciálem a potenciálem vzorku nebo má potenciál vzorku (11), přičemž kontaktování s nejvyšším potenciálem má proti držáku vzorku a poslední stupňové cloně tlaku pozitivní potenciál.

3. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že druhou elektrodou (30; 30a až 30i; 31) nebo pomocí potenciálního spádu podél povrchu elektricky slabě vodivé elektrody se vytvoří zvětšený objem s větší ale podkritickou hustotou ionizace.

·«· · • fc ·· fc· fcfc ·· · fc · fc ♦ · · · · • · fc···*· ♦ fcfc « · · ··« · · · fc • fc fcfc · · · fcfc· · «· ·· fcfc ····

4. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 3 vyznačující se tím, že více než polovina objemu s větší hustotou ionizace leží v oblasti, která je od zbytku zkušební komory ohraničena elektrodami.

5. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že k první elektrodě jsou k vedení sekundárních elektronů opatřeny další pomocné elektrody (22; 34; 41).

6. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že druhá elektroda (30; 30a až 30i; 31) skloněná k optické ose rastrovacího elektronového mikroskopu probíhá od první elektrody ve směru k držáku vzorku a na jejím konci upraveném k držáku vzorku tvoří otevření k průniku pole vytvořeného první elektrodou nebo pomocnými elektrodami (34,41; 35, 42; 54a, 54b) řídícími sekundární elektrony k první elektrodě.

7. Rastrovací elektronový mikroskop podle jednoho z nároků 1 až 6 vyznačující se tím, že první a druhá elektroda nebo elektricky slabě vodivá elektroda jsou vytvořeny rotačně symetricky k optické ose rastrovacího elektronového mikroskopu.

8. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 7 vyznačující se tím, že první elektroda (51; 52) obklopuje ve tvaru prstence optickou osu rastrovacího elektronového mikroskopu a druhá elektroda průběžně obklopuje první elektrodu (30; 31) kuželově směrem k držáku vzorku.

9, Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 8 vyznačující setím, že je opatřena další třetí elektroda (22; 41; 42), která obklopuje ve tvaru trubky optickou osu rastrovacího elektronového mikroskopu.

00 ·· ··

0 0 0 0 0 0 0000

0 0 0 0 0 0 0 * 0

00 000 000 000 0

00 0 0 00·· •00 0 00 00 0· >000 • 000

10. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 2vyznačující setím, že elektricky slabě vodivá elektroda (50) je umístěna ve vnitřku dutého prostoru otevřeného na jedné straně ve světlovodiči (56a až 56d).

11. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 10vyznačující setím, že elektricky slabě vodivá elektroda (50) se rozprostírá v dutém prostoru v roztažené vzdálenosti.

12. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 10 nebo 11 vyznačující setím, že dutý prostor ve světlovodiči má tvar jehlanu.

13, Rastrovací elektronový mikroskop podle jednoho z nároků 1 až 12 vyznačující se tím, že první elektroda (50; 51; 52), která je uspořádána na konci kaskády sekundárních elektronů, má potenciál, který je pozitivní o více než 100 V, přednostně o více než 200 V proti potenciálu poslední stupňové clony (21) tlaku.

14. Rastrovací elektronový mikroskop podle nároku 13 vyznačující se tím, že první elektroda (50; 51; 52), která je uspořádána na konci kaskády sekundárních elektronů, má potenciál, který je pozitivní nejméně 550 V, přednostně přes 600 V proti vzorku (11).

15. Rastrovací elektronový mikroskop podle jednoho z nároků 1 až 14 vyznačující se tím, že druhá elektroda (30; 31) má proti vzorku potenciál nejméně 100 V.

16. Rastrovací elektronový mikroskop podle jednoho z nároků 1 až 15 vyznačující se tím, že elektroda (51; 54, 54a, 54b) upevněná na světlo propouštějící povrchové ploše světlovodiče (56) je vytvořena z více drah vodičů nebo drátů, jejíž šířka je menší než 1 mm a mezi nimi jsou mezery, kterými mohou fotony vstoupit do světlovodiče.

I* • 44 ·· 4 4 4

4 4 *44

4 4 4 4 4

4 » 4 4

444 4 4«

44 «4 ·»

4 * 4 4 4

4 4 4 4

444 44< 4

4 4 4 ·

44 ·4 4444

17. Rastrovací elektronový mikroskop podle jednoho z nároků 1 až 16 vyznačující se tím, že na světlo propouštěcím povrchu světlovodiče (56) je upevněna elektroda (54, 54a, 54b), podél které je napěťový spád a která je buď průhledná nebo se skládá z jemných struktur, jejichž šířka je menší než 1 mm a mezi nimi jsou mezery, kterými mohou fotony vstoupit do světlovodiče, přičemž elektroda v obou případech se skládá z materiálu s malou vodivostí nebo velmi tenké tloušťky materiálu, čímž je umožněn napěťový spád podél elektrody.

18. Detektor sekundárních elektronů v rastrovacím elektronovém mikroskopu s vysokým tlakem ve zkušební komoře při využití kaskády sekundárních elektronů, přičemž je opatřeno více elektrod nebo jedna jediná elektroda (64) s malou elektrickou vodivostí, které se rozprostírají podél meziprostoru nebo protáhlého dutého prostoru (81), přičemž v oblasti (68) na straně vstupu uvnitř nebo před dutým prostorem nebo meziprostorem elektroda nebo elektrody jsou nabity potenciálem tak, že pro sekundami elektrony vznikne velké zesílení a na tuto oblast (68) na vstupní straně se napojuje protáhlá objemová oblast (69) s redukovaným zesilovacím činitelem sekundárních elektronů.

19. Detektor podle nároku 18 vyznačující se tím, že dutý prostor je vytvořen ve světlovodiči nebo se světlovodič em sousedí.

20. Detektor podle nároku 19 vyznačující se tím, že elektroda nebo elektrody propouštějí světlo nebo se skládají z jemných struktur s meziprostory pro průchod světla.

21. Detektor podle nároku 18 až 20 vyznačující se tím, že potenciál elektrody nebo elektrod v dutém prostoru nebo meziprostoru je místy pozitivní nejméně 200 V, přednostně větší než 400 V proti poslední stupňové cloně tlaku rastrovacího elektronového mikroskopu.

·· ·* ·· «· * ···· · · · · • · ·«···* * • · « ♦ · ··· · · * * ·· · · · · * · ·· · «V «· ·· ···· »··♦

22, Detektor podle jednoho z nároků 18 až 21 vyznačující se tím, že potenciál elektrody nebo elektrod v dutém prostoru nebo meziprostom je místy pozitivní více než 600 V proti vzorku emitujícímu sekundární elektrony.

23. Detektor podle jednoho z nároků 18 až 22 vyznačující se tím, že podlouhlá objemová oblast (69) je v podélném směru větší než dvojnásobek největšího průměru kružnice, která se dá vepsat do průřezu dutého prostoru nebo meziprostoru.

24. Detektor podle jednoho z nároků 18 až 23 vyznačující se tím, že redukovaný zesilovací činitel je menší než pětinásobek, přednostně je menší než dvojnásobek.

25. Detektor podle nároku 24 vyznačující se tím, že redukovaný zesilovací činitel je větší než 0,2 násobek.