CZ2025331A3 - Detektor, měřicí zařízení a přístroj pracující se svazkem nabitých částic - Google Patents

Abstract

Detektor (5) zahrnuje prvek (10) vyzařující světlo nakonfigurovaný k vyzařování světla v důsledku kolize kvanta vyzářeného ze vzorku ozářením vzorku svazkem, a množinu prvků (12) přijímajících světlo, z nichž každý je nakonfigurovaný na přijímání světla generovaného prvkem (10) vyzařujícím světlo na povrchu přijímajícím světlo. Povrch přijímající světlo je uspořádaný v pozici dále od svazku než prvek (10) vyzařující světlo v prvním směru protínajícím směr vyzařování svazku, povrch přijímající světlo je uspořádaný ve směru protínajícím směr vyzařování svazku, a detektor (5) tvoří první optickou trasu, která vede světlo v prvním směru a druhou optickou trasu, která vede světlo přicházející přes první optickou trasu k povrchu přijímajícímu světlo.

Description

Detektor, měřicí zařízení a přístroj pracující se svazkem nabitých částic

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká detektoru, měřicího zařízení a přístroje pracujícího se svazkem nabitých částic.

Dosavadní stav techniky

Patentová literatura

PTL 1: WO2021/176513

PTL 2: JP2022-37226A

PTL 3: WO2020/059114

Detektor slouží k převodu svazku částic, jako jsou elektrony a ionty, a záření, jako jsou rentgenové paprsky a gama paprsky, na elektrický signál. Když jsou cílem detekce nabité částice, nazývá se detektor nabitých částic, a když je cílem detekce záření, nazývá se detektor záření.

Například v zařízení využívajícím nabité částice, pracujícím se svazkem nabitých částic, jako jsou elektrony, jako je skenovací elektronový mikroskop (SEM), hlavní detekovaný signál představují nabité částice jako elektrony, a zařízení využívající nabité částice obsahuje detektor nabitých částic, který detekuje nabité částice. SEM ozáří pozorovaný vzorek svazkem elektronů vygenerovaným zdrojem elektronů a způsobí, že detektor detekuje elektrony vysílané ze vzorku. Detektor nabitých částic vydá elektrický signál odpovídající množství detekovaných elektronů. Vytvoří se obraz SEM prostřednictvím dvourozměrného zobrazení vztahu mezi elektrickým signálem a polohou ozáření svazkem elektronů na vzorku.

Mnoho takových detektorů nabitých částic obsahuje prvek vyzařující světlo, který převádí detekované elektrony na fotony, prvek přijímající světlo, který detekuje fotony z prvku vyzařujícího světlo a převádí fotony na elektrické signály, a světlovod, který dodává světlo vyzařované prvkem vyzařujícím světlo do prvku přijímajícího světlo. Jako prvek přijímající světlo se používá trubicový fotonásobič (PMT), křemíkový fotonásobič (SiPM) apod. Při stejné konfiguraci je možné implementovat detektor záření tak, že se změní typ prvku vyzařujícího světlo. To znamená, že detektor záření obsahuje prvek vyzařující světlo, který převádí detekované záření na světlo mající vlnovou délku, která může být detekována prvkem přijímající světlo, a dodává světlo z prvku vyzařujícího světlo do prvku přijímajícího světlo přes světlovod.

V poslední době se požaduje, aby detektory měly různé funkční vlastnosti. Například, aby se zlepšil S/N (signál/šum) obrazu SEM, je důležité zajistit detektor, jehož výstupní signál se nenasytí, když se zvýší velikost vyzařování elektronového svazku. Aby se získal obraz pro pozorování s přesným kontrastem bez nasycení, PTL 1 (patentová literatura 1) navrhuje detektor obsahující scintilátor, světlovod a fotodetektor, kde plocha detekčního povrchu fotodetektoru je větší než plocha detekčního povrchu scintilátoru.

PTL 2 navrhuje přístroj využívající svazek nabitých částic, které se snaží pokrýt široký rozsah detekčních úhlů nabitých částic vyzařovaných ze vzorku.

PTL 3 navrhuje přístroj využívající svazek nabitých částic používající světlovod schopný vylepšit účinnost využití světla, což je poměr světla vyzařovaného prvkem vyzařujícím světlo ke světlu, které dosáhne prvku přijímajícího světlo.

- 1 CZ 2025 - 331 A3

Podstata vynálezu

Když je vzorek ozářen svazkem elektronů, signálové elektrony jsou vysílány radiálně z oblasti ozáření (označované jako pozorovací bod) mající šířku několika desítek μm. Aby se signálové elektrony efektivně snímaly, má prvek vyzařující světlo výhodně izotropní tvar jako např. prstencovitý tvar. Když je tvarem prvku vyzařujícího světlo prstencovitý tvar, vyzařovací povrch, z nějž je vyzařováno světlo z prvku vyzařujícího světlo, má rovněž prstencovitý tvar.

Na druhou stranu má povrch přijímající světlo prvku přijímajícího světlo obecně čtyřúhelníkový tvar. Proto, aby se signálové elektrony efektivně snímaly a signálové elektrony byly převáděny na signály za pomoci prvku přijímajícího světlo, je potřeba světlovod k ozáření čtyřúhelníkového povrchu přijímajícího světlo světlem vyzařovaným z vyzařovacího povrchu prstencovitého prvku vyzařujícího světlo. Když je plocha povrchu přijímajícího světlo dostatečně velká ve srovnání s plochou vyzařovacího povrchu prvku vyzařujícího světlo a povrch přijímající světlo a prvek vyzařující světlo jsou dostatečně odděleny od sebe, může se vytvořit světlovod ke spojení povrchu přijímajícího světlo a prvku vyzařujícího světlo, ale konstrukce zařízení se zvětší.

Nicméně když má detektor velkou velikost, je uspořádání detektoru v SEM omezeno. Zejména je potřeba tenký a kompaktní detektor, aby bylo možné umístit detektor v blízkosti vzorku k získání více signálů, a detektor není kompatibilní se světlovodem, v němž je výše popsaná struktura velká, a v důsledku není možné dosáhnout vysoce efektivní detekce radiálně vysílaných signálových elektronů a zároveň mít tenký a kompaktní detektor.

Proto je nesnadný úkol vytvořit konfiguraci detektoru, v níž je detektor tenký, je uspořádaný takovým způsobem, že obklopuje pozorovací bod v prvku vyzařujícím světlo, efektivně snímá signálové elektrony a poskytuje vyzařované světlo prvku přijímajícímu světlo s nízkými ztrátami.

PTL 1 a PTL 2 nepopisují problém ztrát šíření světla v důsledku tvarového rozdílu mezi povrchem vyzařujícím světlo a povrchem přijímajícím světlo. Protože se o tomto problému neuvažuje, chybí popis způsobu optického spojení prstencovitého prvku vyzařujícího světlo a pravoúhlého prvku přijímajícího světlo.

PTL 3 nepopisuje detektor a světlovod, který účinně spojuje vyzařovací povrch prstencovitého prvku vyzařujícího světlo a čtyřúhelníkový povrch přijímající světlo. Ačkoliv byl popsán detektor nabitých částic, k výše uvedenému problému dochází, když signálem nejsou elektrony, ale záření.

Dalším problémem je, že se výstupní signál detektoru nasytí, když se zvýší proud elektronového svazku vyzařovaného na vzorek.

Když se zvýší velikost svazku elektronů, počet signálových elektronů vysílaných ze vzorku a detekovaných detektorem se zvýší, a zvýší se S/N obrazu SEM, takže je poptávka po zvýšení velikosti elektronového svazku (zvýšení proudu). V tomto případě je energie signálových elektronů přeměněna na fotony prvkem vyzařujícím světlo a počet fotonů dopadajících na prvek přijímající světlo se rovněž zvýší.

Nicméně když je hustota dopadajících fotonů velká vzhledem k ploše detekčního povrchu, prvek přijímající světlo se nasytí a nemůže vydávat elektrický signál, který je v přesném poměru k počtu dopadajících fotonů. Například v SiPM (např. vyrobeném společností Hamamatsu Photonics K.K., model: S13360-3050VE) jsou jemné čtyřúhelníkové detekční pixely, z nichž každý má stranu zhruba 50 μm, uspořádané na čtyřúhelníkovém detekčním povrchu majícím stranu 3 mm, a když fotony dopadnou na každý detekční pixel, je pro každý pixel vygenerován proudový pulzní signál a tento proudový pulzní signál pro každý pixel představuje detekci jednoho fotonu. Nicméně když je hustota dopadajících fotonů velká a na stejný detekční pixel zároveň dopadne množina fotonů, poměrný vztah mezi počtem dopadajících fotonů a výstupním proudem se poruší a nelze získat přesný obraz SEM.

- 2 CZ 2025 - 331 A3

To je problém, že se prvek přijímající světlo nasytí, když se proud svazku elektronů zvýší. PTL 2 a PTL 3 tento problém nepopisují.

Uvedený problém bude popsán podrobněji. Signálové elektrony letí od pozorovacího bodu k detektoru, ale poloha dopadu signálových elektronů na prvek vyzařující světlo je soustředěna na povrchu prvku vyzařujícího světlo v blízkosti pozorovacího bodu. Zejména proto, že velikost prvku vyzařujícího světlo nelze zvýšit u detektoru uspořádaného v blízkosti vzorku, je oblast, na níž dopadají signálové elektrony, malá a hustota dopadu se zvyšuje. Proto, když se zvýší proud, nasycení prvku přijímajícího světlo v důsledku velkého počtu fotonů vygenerovaných v malé oblasti prvku vyzařujícího světlo, tj. vysoká hustota fotonů, se stává kritickým problémem.

V PTL 1 až 3 není popsán problém nasycení signálu v důsledku vyzařování světla s vysokou hustotou ani protiopatření pro nasycení signálu. Tento problém není omezen na detektor nabitých částic a totéž platí pro detektor záření, v němž jsou umístění, kde je generováno záření, a umístění, kde je záření detekováno, blízko u sebe.

Aby bylo možné uspořádat detektor blízko k pozorovacímu bodu a obklopit pozorovací bod pro efektivní detekování signálových elektronů, je důležité vytvořit strukturu detektoru pro efektivní optické napojení tenkého prstencovitého povrchu vyzařujícího světlo a čtyřúhelníkového povrchu přijímajícího světlo a strukturu, která bude bránit nasycení signálu, i když se uvedená struktura bude používat samotná, a přesnost pozorování a měření měřicího zařízení jako SEM se výrazně zlepší, když se zkombinují obě uvedené struktury.

Vzhledem k výše popsaným okolnostem je úkolem tohoto vynálezu poskytnout detektor, měřicí zařízení a přístroj pracující se svazkem nabitých částic schopný efektivně detekovat signálové elektrony vysílané z pozorovacího bodu a vydávat elektrický signál bez nasycení, i když se množství signálových elektronů, záření apod. dopadající na detektor zvýší.

Jeden příklad detektoru podle tohoto vynálezu zahrnuje:

prvek vyzařující světlo nakonfigurovaný na vyzařování světla v důsledku kolize kvanta vyzářeného ze vzorku ozářením vzorku svazkem; a množinu prvků přijímajících světlo, z nichž každý je nakonfigurovaný na přijímání světla generovaného prvkem vyzařujícím světlo na povrchu přijímajícím světlo, kde povrch přijímající světlo je uspořádaný v poloze dále od svazku než prvek vyzařující světlo v prvním směru protínajícím směr vyzařování svazku, povrch přijímající světlo je uspořádaný ve směru protínajícím směr vyzařování svazku a detektor tvoří první optickou trasu, která vede světlo v první směru a druhou optickou trasu, která vede světlo přicházející po první optické trase k povrchu přijímajícímu světlo.

Jeden příklad detektoru podle tohoto vynálezu zahrnuje:

prvek vyzařující světlo nakonfigurovaný na vyzařování světla v důsledku kolize kvanta vyzářeného ze vzorku ozářením vzorku svazkem; a množinu prvků přijímajících světlo, z nichž každý je nakonfigurovaný na přijímání světla

- 3 CZ 2025 - 331 A3 generovaného prvkem vyzařujícím světlo na povrchu přijímajícím světlo, kde povrch přijímající světlo je uspořádaný v poloze dále od svazku než prvek vyzařující světlo v prvním směru protínajícím směr vyzařování svazku, detektor má průhlednou oblast pro šíření světla z povrchu prvku vyzařujícího světlo, kde kvantum dopadá na povrch přijímající světlo, a normála povrchu přijímající světlo svírá úhel 45 stupňů nebo méně s prvním směrem.

Příklad měřicího zařízení podle tohoto vynálezu zahrnuje výše popsaný detektor.

Příklad zařízení pracujícího se svazkem nabitých částic podle tohoto vynálezu zahrnuje výše popsaný detektor.

Podle předkládaného vynálezu je možné poskytnout detektor, měřicí zařízení a přístroj pracující se svazkem nabitých částic schopné zlepšit účinnost detekce a vydávat elektrický signál bez nasycení, i když se množství signálových elektronů nebo záření dopadající na detektor zvýší.

Objasnění výkresů

Obr. 1 je schematický diagram znázorňující SEM.

Obr. 2A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 1.

Obr. 2B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 1.

Obr. 3Aje perspektivní pohled znázorňující prvek 10 vyzařující světlo podle provedení 1.

Obr. 3B je zvětšený pohled znázorňující okolí místa, kam dopadají signálové elektrony 102.

Obr. 3C znázorňuje výsledek simulace sledování světelných paprsků.

Obr. 3D znázorňuje vztah mezi úhlem dopadu na prvek vyzařující světlo a množstvím signálových elektronů absorbovaných v prvku vyzařujícím světlo, aniž by unikly.

Obr. 4A je perspektivní pohled znázorňující světlovod 11 podle provedení 1.

Obr. 4B je perspektivní pohled znázorňující světlovod 11 podle provedení 1 v pohledu z jiného směru než na Obr. 4A.

Obr. 5 je detailní pohled znázorňující prvek 12 přijímající světlo podle provedení 1.

Obr. 6A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 2.

Obr. 6B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 2.

Obr. 7A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 3.

Obr. 7B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 3.

Obr. 8A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 4.

Obr. 8B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 4.

Obr. 8C je částečně zvětšený pohled na (b) z Obr. 8B.

Obr. 9A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 5.

Obr. 9B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 5.

Obr. 9C znázorňuje vztah mezi světlovodem 11 a prvkem 10 vyzařujícím světlo podle provedení 5.

Obr. 10A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 6.

Obr. 10B je pohled zespodu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 6.

Obr. 11A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 7.

Obr. 11B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 7.

- 4 CZ 2025 - 331 A3

Obr. 11C je částečně zvětšený pohled na (b) z Obr. 11B.

Obr. 12Aje perspektivní pohled znázorňující trojrozměrnou strukturu skupiny 5g detekčních prvků podle provedení 7.

Obr. 12B je pohled zespodu znázorňující trojrozměrnou strukturu skupiny 5g detekčních prvků podle provedení 7.

Obr. 12C je pohled zespodu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle jedné modifikace provedení 7.

Obr. 12D je půdorysný pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle jedné modifikace provedení 7.

Obr. 12E je perspektivní pohled znázorňují trojrozměrnou strukturu skupiny 5g detekčních prvků podle jedné modifikace provedení 7.

Obr. 13A znázorňuje příklad tvaru prvku 10 vyzařujícího světlo podle provedení 7.

Obr. 13B znázorňuje příklad modifikovaného tvaru prvku 10 vyzařujícího světlo podle provedení 7.

Obr. 14A je perspektivní pohled znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 8. Obr. 14B je pohled zespodu a pohled v řezu znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 8.

Obr. 14C je částečně zvětšený pohled na (b) z Obr. 14B.

Obr. 14D je perspektivní pohled znázorňující skupinu 5g detekčních prvků podle provedení 8.

Obr. 14E znázorňuje příklad struktury v případě použití práškového prvku vyzařujícího světlo.

Obr. 14F znázorňuje další příklad struktury v případě použití práškového prvku vyzařujícího světlo.

Obr. 14G je pohled v řezu znázorňující okolí dopadového povrchu 10i podle jedné modifikace provedení 8.

Obr. 15A je pohled znázorňující skupinu 5g detekčních prvků podle provedení 9.

Obr. 15B je příklad konfigurace pro vytvoření prvního obrazu, jehož hlavním zdrojem signálu jsou rentgenové paprsky, pomocí jednoho detekčního prvku, a vytvoření druhého obrazu, jehož hlavním zdrojem signálu jsou elektrony, pomocí dalšího detekčního prvku podle provedení 9.

Obr. 15C znázorňuje příklad konfigurace, v němž je tvar průřezu světlovodu 11 zakřivený, podle provedení 9.

Obr. 15D znázorňuje jednu modifikaci provedení 1.

Obr. 15E znázorňuje jednu modifikaci provedení 2.

Obr. 16A znázorňuje část detektoru podle provedení 10.

Obr. 16B znázorňuje napěťový signál Sv generovaný detekčním obvodem 15 podle provedení 10.

Obr. 16C znázorňuje příklad grafického uživatelského rozhraní (GUI) podle provedení 10.

Obr. 17 znázorňuje detektor podle souvisejícího stavu techniky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Částice jako elektrony a ionty, fotony a záření (vysokoenergetické fotony) jako rentgenové paprsky a gama paprsky se souhrnně označují jako kvanta. V aktuálním popisu se kvantový svazek jako částicový svazek elektronů nebo iontů a rentgenových paprsků nebo gama paprsků vyslaný ke vzorku jednoduše označuje jako svazek, nebo kvanta určená k vyslání se definují a označují jako elektronový svazek apod. pro snadné porozumění. Když je vzorek ozářen svazkem, jsou některá kvanta vyslána ze vzorku v závislosti na energii a typu svazku a typu vzorku. Prvek vyzařující světlo (obecně označovaný jako scintilátor) je prvek, který vyzařuje světlo, když na něj dopadají kvanta.

[Provedení 1]

Dále budou popsána provedení předkládaného vynálezu s odkazem na výkresy. Dále bude elektronový mikroskop využívající elektronový svazek, zejména skenovací elektronový mikroskop (SEM) popsán jako příklad přístroje pracujícího se svazkem nabitých částic, ale předkládaný vynález se na něj neomezuje. Přístroj pracující se svazkem nabitých částic například zahrnuje

- 5 CZ 2025 - 331 A3 skenovací iontový mikroskop využívající iontový svazek. Není třeba zdůrazňovat, že předkládaný vynález je rovněž aplikovatelný na polovodičové zařízení pro měření vzorů, inspekční zařízení, pozorovací zařízení apod. využívající skenovací elektronový mikroskop.

Provedení předkládaného vynálezu se neomezují na provedení, jež budou popsána níže, a v rámci rozsahu technické koncepce tohoto vynálezu lze provádět různé úpravy. Stejné vztahové značky mohou být přiřazeny k odpovídajícím částem na výkresech použitým při popisu provedení, jež jsou popsána později, a redundantní popis může být vypuštěn.

Obr. 1 je schematický pohled znázorňující SEM, což je přístroj pracující se svazkem nabitých částic. SEM funguje jako měřicí zařízení. Jak je znázorněno na obr. 1, přístroj 1 pracující se svazkem nabitých částic obsahuje skenovací deflektor 3 a čočku 4 objektivu uspořádanou v trajektorii elektronového svazku 101 (obecně označovaného jako primární elektrony v SEM) vyslaného ze zdroje 2 elektronů.

Elektronový svazek 101 ozáří vzorek 7 umístěný na stolku 6 pro přepravu vzorku a ze vzorku 7 jsou vyzařovány signálové elektrony 102. Zde signálové elektrony 102 označují elektrony vysílané ze vzorku jako sekundární elektrony přímo excitované elektronovým svazkem 101 a vyzařované do vakua a odražené elektrony opět vyslané do vakua poté, co se elektronový svazek 101 opakovaně rozptýlí na vzorku. Obecně jsou odražené elektrony definovány jako signálové elektrony s 50 eV nebo více. Když je vzorek 7 ozářen elektronovým svazkem 101, mohou být generovány nejen signálové elektrony 102, ale také rentgenové paprsky. V aktuálním provedení se signálové elektrony 102 používají jako kvanta dopadající na detektor, ale předkládaný vynález se na to neomezuje a signál mohou představovat rentgenové paprsky.

Detektor 5 k detekování signálových elektronů 102 je umístěn pod čočkou 4 objektivu a uprostřed detektoru 5 je vytvořen otvor, aby elektronový svazek 101 mohl projít detektorem 5. Elektronový svazek 101 vyslaný ze zdroje 2 elektronů je regulován čočkou 4 objektivu a zaměřen na vzorek 7 tak, aby se průměr svazku minimalizoval. Skenovací deflektor 3 je ovládán řídicí jednotkou 8 systému tak, aby byla pomocí elektronového svazku 101 proskenována předem stanovená oblast vzorku 7.

Detektorem 5 jsou detekovány signálové elektrony 102, generované v místě, kde elektronový svazek 101 dosáhne vzorku 7. Na monitoru 9 se vytvoří obraz SEM provedením zpracování signálu detekovaných signálových elektronů 102 v synchronizaci se skenovacím signálem vyslaným z řídicí jednotky 8 systému do skenovacího deflektoru 3.

Obr. 2A a 2B jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5. Obr. 2A je perspektivní pohled, (a) na Obr. 2B je pohled zespodu znázorňující detektor 5 v pohledu od vzorku, a (b) na Obr. 2B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A z (a) Obr. 2B.

V popisu aktuálního provedení se směr od středové osy C elektronového optického systému přístroje pracujícího se svazkem nabitých částic (radiální směr, např. směr podél osy x v části (a) Obr. 2B) označuje jako vnější strana nebo směr k vnější straně, a směr ke středové ose C se označuje jako vnitřní strana nebo směr k vnitřní straně.

Detektor 5 obsahuje prvek 10 vyzařující světlo, světlovod 11, prvky 12 přijímající světlo a instalační substrát 13, na němž jsou nainstalovány prvky 12 přijímající světlo. V části (a) Obr. 2B je část prvku 12 přijímajícího světlo, která je zakrytá světlovodem 11 a není viditelná, naznačená přerušovanou čárou.

Vnější tvar prvku 10 vyzařujícího světlo je v části (a) Obr. 2B označen silnou čárou. Obr. 3A je perspektivní pohled znázorňující prvek 10 vyzařující světlo. Obr. 4A a 4B jsou perspektivní pohledy znázorňující světlovod 11. Obr. 5 je detailní pohled znázorňující prvek 12 přijímající světlo.

- 6 CZ 2025 - 331 A3

V aktuálním provedení bude popsán případ, kdy se používá SiPM, přičemž SiPM je prvek přijímající světlo mající nejmensí zesílení v řádu 106. Nicmene se prvek přijímající světlo na to neomezuje. Je možné použít různé prvky přijímající světlo jako PMT (například mikro PMT, což je malý PMT), lavinovou fotodiodu a PIN fotodiodu.

Střed detektoru 5 umožňující průchod elektronového svazku 101 je proveden jako otvor 14 a otvor je vytvořen v instalačním substrátu 13, což je oblast, kde není žádný prvek jako prvek 10 vyzařující světlo. Elektronový svazek 101 projde otvorem 14 a dopadne na vzorek 7.

Proces od okamžiku ozáření vzorku 7 elektronovým svazkem 101 do přijetí fotonů signálových elektronů 102 bude popsán s odkazem na část (b) Obr. 2B. Část (b) Obr. 2B znázorňuje vzorek 7, elektronový svazek 101, signálové elektrony 102 a světelné paprsky Ray 1 a Ray 2 vygenerované prvkem vyzařujícím světlo.

Signálové elektrony 102 jsou vyslány z pozorovacího bodu MP, kde elektronový svazek 101 dopadá na vzorek 7. Protože se elektronový svazek 101 používá ke skenování vzorku 7, pozorovací bod MP se přísně vzato pohybuje v určitém rozsahu, ale protože tento rozsah je dostatečně malý ve srovnání s velikostí detektoru, předpokládá se, že pozorovací bod MP je průsečík mezi středovou osou C a vzorkem 7, jak je znázorněno v části (b) Obr. 2B v popisu aktuálního provedení.

Je možné uvažovat, že úhel (polární úhel 0o) mezi směrem, kterým letí signálové elektrony 102 a středovou osou C přibližně zůstává jako úhel vyzařování, pod nímž jsou signálové elektrony 102 vysílány z pozorovacího bodu MP, když jsou signálovými elektrony 102 odražené elektrony mající vysokou energii. Dále bude úhel vzhledem ke středové ose definován jako polární úhel a úhel na rovině kolmé na středovou osu C bude definován jako azimutální úhel φ. V případě potřeby bude uveden odkaz na azimutální úhel.

VětSina signálových elektronů 102 vyslaných ze vzorku 7 dopadne na dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo, dostane se do vnitřní strany od dopadového povrchu 10i o několik desítek nm až několik desítek μm v závislosti na energii elektronů, což způsobí ztrátu energie. Na druhou stranu prvek 10 vyzařující světlo, který tuto energii získal, vyzáří světlo. Proto je oblastí vyzařující světlo tenká skořepinovitá oblast zhruba několik desítek μm od dopadového povrchu 10i. Když signálové elektrony 102 mající vysokou energii získanou zvýSením proudu elektronového svazku 101 nebo zvýSením napětí k urychlení elektronového svazku dopadnou na dopadový povrch 10i, vygeneruje se z tenké skořepinovité oblasti velký počet fotonů.

Jak bylo popsáno výSe, prvek 10 vyzařující světlo vyzařuje světlo následkem kolize kvant (což jsou signálové elektrony 102 v aktuálním provedení, ale může se jednat o svazek jiných částic nebo záření a totéž platí pro ostatní provedení) vyslaných ze vzorku 7 následkem ozáření vzorku 7 svazkem (elektronovým svazkem 101 v aktuálním provedení, ale vynález se na něj neomezuje).

Zde bude popsán problém způsobený velkým počtem fotonů vygenerovaných z malé oblasti za použití příkladu detektoru podle souvisejícího stavu techniky, jak je znázorněn na Obr. 17.

V případě detektoru uspořádaného mezi vzorkem 7 a čočkou objektivu SEM činí prostor od instalačního substrátu 13 ke vzorku 7 zhruba 5 mm, aby se dosáhlo dostatečné výkonnosti s rozliSením SEM apod. Proto zde není téměř žádný prostor pro světlovod, a jak je znázorněno na Obr. 17, prvek 12 přijímající světlo je uspořádaný na instalačním substrátu a prvek 10 vyzařující světlo je uspořádaný tak, že směřuje k prvku 12 přijímajícímu světlo. V tomto případě je vzdálenost mezi pozorovacím bodem MP a nejvnitřnějSím prvkem 10n vyzařujícím světlo asi 1 mm až 3 mm.

Na druhou stranu, protože SiPM je malý a má velikost zhruba 3 mm,větSina signálových elektronů 102 se soustřeďuje na prvku 10n vyzařujícím světlo nejblíže k elektronovému svazku 101, a prvek 12n přijímající světlo se nasytí. U takové konfigurace, když prvkem přijímajícím světlo je SiPM,

- 7 CZ 2025 - 331 A3 proudová hodnota elektronového svazku se nasytí při zhruba několika desítkách pA. Na druhou stranu k získání obrazu SEM s dostatečným S/N je v závislosti na vzorku 7 v polovodičových obvodových vzorech majících trojrozměrnou strukturu, jako je část štěrbiny (trench), požadován proud několika nA nebo více.

K vyřešení tohoto problému je podle aktuálního provedení zvolena konfigurace znázorněná na Obr. 2A až 5, v níž je většina světla generovaného ve velkém množství na dopadovém povrchu 10i vedena prvním směrem, který protíná směr ozáření elektronového svazku 101, a světlo se šíří prvním směrem optickým systémem, který zahrnuje prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11, aby se světlo rozptýlilo a hustota fotonů se zmenšila. Prvním směrem je například zhruba směr od elektronového svazku 101 k vnější straně v radiálním směru a může obsahovat složku v axiálním směru elektronového svazku 101 (stejném směru, jako je směr pohybu elektronového svazku 101 nebo ve směru opačném). Optická trasa, která vede světlo v prvním směru, se označuje jako první optická trasa.

Druhá optická trasa, která vede světlo z první optické trasy k povrchu přijímajícímu světlo prvku přijímajícího světlo, pokračuje v místě, kde je světlo do určité míry rozptýleno a světlo dosáhne prvku přijímajícího světlo. Tímto způsobem detektor 5 tvoří první optickou trasu a druhou optickou trasu. První optická trasa je optická trasa, která vede světlo v prvním směru, a druhá optická trasa je optická trasa, která vede světlo přicházející přes první optickou trasu k povrchu 12i přijímajícímu světlo (viz část (a) Obr. 2B) prvku 12 přijímajícího světlo.

Jak je znázorněno v části (a) Obr. 2B, prvek 12 přijímající světlo obsahuje povrch 12i přijímající světlo a světlo generované prvkem 10 vyzařujícím světlo přijímá povrch 12i přijímající světlo. V aktuálním provedení může být díky uspořádání povrchu 12i přijímajícímu světlo v místě, které je dále od elektronového svazku 101 než prvek 10 vyzařující světlo, elektronový svazek 101 obklopen velkým počtem prvků 12 přijímajících světlo a je možné přijímat rozptýlené světlo. Při takové konfiguraci je zajištěno, že nebude docházet k nasycení signálu prvku 12 přijímajícího světlo.

V aktuálním provedení může být prvkem 12 přijímajícím světlo křemíkový fotonásobič. Tímto způsobem lze předejít nasycení signálu podle charakteristik křemíkového fotonásobiče.

Místo, kde je povrch přijímající světlo dále od elektronového svazku než prvek vyzařující světlo, se například vztahuje v určitém příkladu definice ke konfiguraci, v níž je vzdálenost mezi elektronovým svazkem a částí povrchu přijímající světlo nejblíže k elektronovému svazku větší než vzdálenost mezi elektronovým svazkem a částí prvku vyzařujícího světlo nejblíže k elektronovému svazku. V dalším příkladu se uvedené místo vztahuje ke konfiguraci, v níž je vzdálenost mezi elektronovým svazkem a částí povrchu přijímající světlo nejdále od elektronového svazku větší než vzdálenost mezi elektronovým svazkem a částí prvku vyzařujícího světlo nejdále od elektronového svazku. Může se použít definice získaná kombinací těchto dvou definičních podmínek. V části (b) Obr. 2B jsou všechny části povrchu 12i přijímající světlo umístěny dále od elektronového svazku 101 než všechny části prvku 10 vyzařujícího světlo.

V aktuálním provedení je povrch 12i přijímající světlo uspořádaný ve směru kolmém na směr ozařování elektronového svazku 101 (tj. normála povrchu 12i přijímající světlo je rovnoběžná se směrem ozařování elektronového svazku 101). Díky tomu může být detektor 5 nakonfigurován tak, že je ztenčený (tj. axiální rozměr se může zmenšit). Povrch 12i přijímající světlo není omezen na možnost uspořádání ve směru přesně kolmém na směr ozařování elektronového svazku 101, a pokud tento směr protíná směr ozařování elektronového svazku 101, axiální rozměr detektoru 5 se může zmenšit v rozsahu odpovídajícím směru.

Vyzařovací povrch 10o prvku 10 vyzařujícího světlo a dopadový povrch 11i světlovodu 11 jsou spojeny k sobě a vyzařovací povrch 11o světlovodu 11 a povrch 12i přijímající světlo prvku 12 přijímajícího světlo jsou spojeny k sobě.

- 8 CZ 2025 - 331 A3

Prvek 10 vyzařující světlo, světlovod 11 a prvek 12 přijímající světlo jsou nainstalované na stejném instalačním substrátu 13. Jak je znázorněno v části (b) Obr. 2B, struktura, v níž světlovod 11 tvoří první optickou trasu a druhou optickou trasu, umožňuje, aby se světlo šířilo z prvku 10 vyzařujícího světlo do prvku 12 přijímajícího světlo, jež jsou nainstalovány na stejném substrátu. Díky instalaci prvku 10 vyzařujícího světlo a prvku 12 přijímajícího světlo na stejném substrátu je možné délku světlovodu 11 zkrátit ve srovnání s případem, kdy jsou prvek 10 vyzařující světlo a prvek 12 přijímající světlo nainstalovány na různých substrátech, a je možné získat strukturu s vysokou efektivitou využití světla.

Jak je znázorněno v části (b) Obr. 2B, délku světlovodu 11 v prvním směru v příčném řezu zahrnujícím středovou osu C je možné mít kratší, než je šířka uvedených dvou prvků 12 přijímajících světlo. Když je možné zmenšit velikost světlovodu 11, velikost celého detektoru 5 se může zmenšit, takže se může světlovod 11 použít v různých instalačních umístěních a rozsah uplatnění se rozšiřuje. Ačkoliv jsou prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11 upevněny přilnutím, způsob uchycení se na to neomezuje a prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11 mohou být upevněny k instalačnímu substrátu 13 mechanicky zakrytím pomocí tenkého krytu nebo za použití šroubu apod., nebo se může použít jak přilnutí, tak mechanické upevnění.

Nejvýhodnějším uspořádáním prvků 12 přijímajících světlo obklopujících elektronový svazek 101 v části (a) Obr. 2B je kruh (například každý vrchol pravidelného mnohoúhelníku), protože světlo lze přijímat rovnoměrně. Navíc, protože kruhové uspořádání umožňuje umístit t prvky přijímající světlo s vysokou hustotou, je možné se vypořádat s nárůstem proudu, a protože prvky přijímající světlo mohou efektivně přijímat šířící se světlo beze ztráty, je možné zlepšit efektivitu využití světla. Nicméně tvar nemusí být nutně kruh, ale jsou různé způsoby obklopení jako čtyřúhelník a elipsa, kde jsou intervaly prvků 12 přijímajících světlo náhodné, a tento vynález není omezen způsobem uspořádání prvků 12 přijímajících světlo.

V příkladu v části (b) Obr. 2B může být první směr definován jako směr kolmý na elektronový svazek 101, například směr šipky D1. Ačkoliv v tomto příkladu je kolmý, instalační substrát 13 může být nakloněn v důsledku instalace v SEM nebo elektronový svazek 101 může být nakloněn v závislosti na cíli měření a první směr může být stanoven adekvátně tomu. Je důležité, aby se světlo rozptylovalo směrem, který není rovnoběžný s elektronovým svazkem 101 (směrem protínajícím elektronový svazek 101).

Jedním příkladem konfigurace pro vedení světla prvním směrem je konfigurace, v níž jsou prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11 uspořádány v prvním směru v příčném řezu zahrnujícím středovou osu C, jak je znázorněno v části (b) Obr. 2B, a optická trasa tvořená prvkem 10 vyzařujícím světlo a světlovodem 11 je první optická trasa. Protože dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo je kulový povrch, dopadový povrch 10i je povrch, který odráží a vede část světla izotropně vyzařovaného uvnitř prvku vyzařujícího světlo v prvním směru.

V části (b) Obr. 2B druhá optická trasa je radiálně vnější část světlovodu, tj. trojúhelníková oblast mající odrazivý povrch 11r, což je oblast označená šipkou D2. Protože světlo pohybující se směrem k povrchu 12i přijímajícímu světlo rapidně narůstá směrem k vnější straně v radiálním směru od bodu, kde začíná odrazivý povrch 11r mající sklon vzhledem k prvnímu směru, optická trasa se od místa, kde začíná odrazivý povrch 11r, může označovat jako druhá optická trasa. Podobně, když jsou první optická trasa a druhá optická trasa tvořeny zakřivenými plochami, místo, kde světlo pohybující se směrem k povrchu 12i přijímajícímu světlo začne narůstat, nebo místo za místem, kde se zvýší sklon povrchu vzhledem k první optické trase, může být definováno jako druhá optická trasa.

Hranice mezi první optickou trasou a druhou optickou trasou může nebo nemusí být jasně definovaná. Dolní část (ve směru postupu světla) první optické trasy a horní část druhé optické trasy se mohou vzájemně překrývat nebo může být mezi první optickou trasou a druhou optickou

- 9 CZ 2025 - 331 A3 trasou vytvořena další optická trasa. Například část obsahující optickou trasu bezprostředně po vygenerování světla prvkem 10 vyzařujícím světlo je první optická trasa a část obsahující optickou trasu bezprostředně předtím, než světlo dopadne na povrch 12i přijímající světlo prvku 12 přijímajícího světlo, je druhá optická trasa.

Teď budou podrobně popsány světelné paprsky Ray 1 a Ray 2. Oba tyto světelné paprsky vyzařují světlo v bodě, kde signálové elektrony 102 dopadají a začínají se šířit. Světlo paprsku Ray 1 není odráženo odrazivým povrchem 11r, ale šíří se skrz první optickou trasu, potom se šíří skrz druhou optickou trasu a dopadne na prvek přijímající světlo. Povrch 12i přijímající světlo a vyzařovací povrch 11o světlovodu jsou spojeny lepidlem a světelný paprsek Ray 1 dopadá na povrch 12i přijímající světlo přes lepidlo, aniž by byl odražen vyzařovacím povrchem 11o.

Konkrétně je světelný paprsek Ray 1 v první optické trase odražen dvakrát. Tímto způsobem je první optická trasa vytvořena tak, aby obsahovala povrchy, jež provádějí následující odraz:

- povrch, který odráží světlo, jež obsahuje složku v prvním směru a složku ve směru opačném vzhledem ke směru vyzařování elektronového svazku (složku směřující nahoru na výkresu), směrem obsahujícím složku v prvním směru a složku ve směru vyzařování elektronového svazku (složku směřující dolů na výkresu) (první odraz),

- povrch, který odráží světlo, jež obsahuje složku v prvním směru a složku ve směru vyzařování elektronového svazku (složku směřující dolů na výkresu), směrem obsahujícím složku v prvním směru a složku ve směru opačném vzhledem ke směru vyzařování elektronového svazku (složku směřující nahoru na výkresu) (druhý odraz).

Světlo se může šířit v prvním směru, když se použije konfigurace, v níž první optická trasa obsahuje alespoň jeden takový povrch.

Světelný paprsek Ray 2 postupuje v podstatě přímo v prvním směru, je odražen odrazivým povrchem 11r ve druhé optické trase a dopadne na prvek přijímající světlo. Například odrazivý povrch 11r je povrch, který odráží světlo, jež dorazí na odrazivý povrch 11r ve směru kolmém na směr vyzařování elektronového svazku (světelný paprsek Ray 2 zhruba přichází v tomto směru) směrem majícím složku ve směru opačném vzhledem ke směru vyzařování elektronového svazku (složku směřující nahoru na výkresu). Podle takové konfigurace může být světlo postupující v prvním směru vedeno na povrch 12i přijímající světlo.

Předpokládá se, že odraz na rozhraní mezi prvkem 10 vyzařujícím světlo a vakuem světlovodu 11 je úplný odraz. Proto světlo, které nesplňuje podmínku úplného odrazu, je vyzářeno do vakua a způsobí ztrátu. Aby se tato ztráta snížila, na povrch těchto prvků se může uspořádat odrazivý materiál jako hliníková fólie. Navíc, když mezi povrchem 12i přijímajícím světlo a vyzařovacím povrchem 11o světlovodu není lepidlo a v rozhraní se světlovodem je vzduch, pravděpodobnost odrazu na vyzařovacím povrchu 11o následkem úplného odrazu nebo Fresnelova odrazu je vysoká.

Například pravděpodobnost, že světelný paprsek Ray 1 apod. bude odražen je vysoká, protože úhel dopadu na vyzařovacím povrchu 11o je velký a světlo odražené vyzařovacím povrchem 11o může být opakovaně odraženo mezi odrazivým povrchem 11r a povrchem 12i přijímajícím světlo a potom dopadnout na povrch 12i přijímající světlo, nebo může být vyzářeno z odrazivého povrchu 11r ven z detektoru nebo se stát rozptýleným světlem, což způsobí ztrátu světla. Proto je výhodné použít mezi povrchem 12i přijímajícím světlo a vyzařovacím povrchem 11o světlovodu lepidlo.

Rozprostření světla ve směru azimutálního úhlu φ v části (a) Obr. 2B bude popsáno za použití světelných paprsků Ray 1 až Ray 4. Pro přehlednost se poloha v obvodovém směru bodu, kde dopadají signálové elektrony 102, používá jako referenční poloha azimutálního úhlu φ a je definovaná jako osa x. Světelný paprsek Ray 1 a světelný paprsek Ray 2 v části (a) Obr. 2B jsou příklady paprsků majících azimutální úhel φ nula a dopadají na prvek 12 přijímající světlo nejblíže

- 10 CZ 2025 - 331 A3 bodu, kde dopadají signálové elektrony 102.

Protože vyzařování světla ve směru azimutálního úhlu je izotropní, světlo se šíří ve směru s velkým azimutálním úhlem jako světelný paprsek Ray 3 a světelný paprsek Ray 4. V souladu s tím se světlo rozptyluje šířením v různých směrech azimutálního úhlu.

Jak bylo popsáno výše, když jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádány způsobem, že obklopují elektronový svazek 101 jako v aktuálním provedení, prvky 12 přijímající světlo mohou přijímat světlo rozptýlené ve směru azimutálního úhlu. To znamená, že aktuální konfigurace, v níž je prvek 10 vyzařující světlo uspořádaný ve středu tak, že obklopuje středovou osu, prvky 12 přijímající světlo jsou uspořádány na vnějším obvodu tak, že obklopují středovou osu a světlo se šíří v prvním směru a potom se šíří v druhém směru, je konfigurací, v níž je světlo vyzařované v malé oblasti blízko středu rozptýleno ve směru azimutálního úhlu, aby se snížila hustota fotonů, a světlo je přijímáno množinou prvků 12 přijímajících světlo v okolí, čímž se snižuje množství světla vstupujícího do jednoho prvku přijímajícího světlo a předchází se tak nasycení. Zvětšením obvodu prvků 12 přijímajících světlo podle velikosti elektronového svazku 101 je možné poskytnout detektor bez nasycení, i když se množství signálových elektronů 102 zvýší.

Výše byl proveden nástin aktuálního provedení. Dále bude popsán každý prvek podrobně.

Prvek 10 vyzařující světlo podle předkládaného vynálezu je krystalový prvek vyzařující světlo, jehož tvar je možné změnit výbrusem apod. Mezi příklady materiálů prvku vyzařujícího světlo patří YAP (YaíO₃: Ce), YSO (y₃SíO5: Ce), YAG (Y3A5O12: Ce), GGAG ((Y, Gd)₃(Al, GajhO^ Ce, (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12: Tb), GOS (Gd2O2S: Pr, Gd2O2S: Ce, Gd2O2S: Tb). Krystal může být jediný krystal, polykrystal nebo slinutá keramika. Nicméně tento vynález není materiálem prvku vyzařujícího světlo omezen.

Jak je znázorněno v části (b) Obr. 2B a Obr. 3A, tvar dopadového povrchu 10i je tvar kulové plochy vycentrované na pozorovacím bodu MP. Proto normála povrchu směřuje k pozorovacímu bodu MP. Taková konfigurace má dvě výhody. Jednou je bod, kde je kulově vyzařované světlo odráženo v prvním směru, jak je popsáno výše. Druhou je co největší absorbování dopadajících signálových elektronů, aby se zvýšilo množství vyzařovaného světla. To bude popsáno postupně.

Odraz v prvním směru je účinný, když je dopadový povrch 10i nakloněn vzhledem k prvnímu směru. Pro zjednodušení se bude uvažovat o případu, kdy je dopadový povrch 10i nakloněn pod určitým úhlem vzhledem k prvnímu směru.

Obr 3B je zvětšený pohled znázorňující okolí místa, kam dopadají signálové elektrony 102. Dopadový povrch 10i je nakloněn pod úhlem θis náklonu. Například signálové elektrony 102 pronikají na vnitřní stranu prvku 10 vyzařujícího světlo nanejvýš o zhruba několik desítek μm, přičemž jsou rozptýlené.

Uvnitř prvku vyzařujícího světlo je světlo vyzařováno díky excitaci energetického stavu způsobené přijetím energie od signálových elektronů 102, takže je vyzařována energie. Vyzařované světlo je izotropně vyzařováno z každého bodu vyzařování světla. Jak je naznačeno světelným paprskem Ray 5 a světelným paprskem Ray 6 na Obr. 3B, část světla vyzařovaného v množině bodů EP vyzařujících světlo uvnitř prvku vyzařujícího světlo postupuje k dopadovému povrchu 10i, je odražena nakloněným dopadovým povrchem 10i a šíří se zhruba prvním směrem (směrem šipky D1). Jak je popsáno výše, když je dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo, na nějž dopadají signálové elektrony 102, nakloněný vzhledem k prvnímu směru, nastává účinek, že světlo je odraženo směrem majícím složku v prvním směru.

Obr. 3C znázorňuje výsledek prozkoumání tohoto jevu pomocí simulace sledován světelných paprsků. V optickém systému, v němž jsou prvek 10 vyzařující světlo mající tvar průřezu znázorněný na Obr. 3B a mající index lomu přibližně 2,0 a světlovod 11 mající index lomu přibližně

- 11 CZ 2025 - 331 A3

1,5 spojeny pomocí lepidla majícího index lomu zhruba 1,5, byla vypočítána účinnost šíření fotonů, jež dopadnou na dopadový povrch světlovodu (množství světla, jež dosáhne dopadového povrchu světlovodu / množství vyzářeného světla).

Na Obr. 3C vertikální osa představuje účinnost šíření a horizontální osa představuje úhel θis náklonu. Podle tohoto výsledku se množství světla maximalizuje, když úhel θis náklonu činí zhruba 45 stupňů až 50 stupňů. Když úhel náklonu je 45 stupňů, množství světla se rovná zhruba 1,6 násobku množina světla ve srovnání s tím, když úhel náklonu je 0 stupňů. Na druhou stranu, když je úhel náklonu menší než 15 stupňů nebo 80 stupňů nebo více, uvedený účinek se snižuje (míra zlepšení dosažená nakloněním činí méně než polovinu maximální míry zlepšení). Proto z hlediska účinnosti šíření je úhel náklonu výhodně 15 stupňů nebo více a méně než 80 stupňů.

Ačkoliv je v aktuálním provedení dopadový povrch 10i nakloněný vzhledem k prvnímu směru, odraz od jiného povrchu než dopadového povrchu 10i se může využít pouze, když se vezme v úvahu účinek odrazu v prvním směru. Například když je dopadový povrch 10i rovnoběžný s prvním směrem, stejného účinku lze rovněž dosáhnout nakloněním povrchu směřujícího k dopadovému povrchu 10i ve směru vyzařování svazku vzhledem k prvnímu směru (povrchu proti dopadovému povrchu 10i). To znamená, že když se tvar prvku vyzařujícího světlo na Obr. 3B obrátí vertikálně (tj. vzhledem ke směru vyzařování svazku) a spodní rovina po obrácení se použije jako dopadový povrch, lze odrazem rovněž dosáhnout stejného účinku.

Příklad, v němž se uvažuje pouze o účinku takového odrazu, bude popsán podle provedení 8 (viz Obr. 14G). Jak dopadový povrch 10i, tak povrch naproti dopadovému povrchu 10i může být nakloněn vzhledem k prvnímu směru.

Dále bude popsána výhoda dostatečného absorbování energie signálových elektronů pro zvýšení množství vyzařovaného světla. Když je dopadový povrch 10i kulovým povrchem, úhel (úhel dopadu), pod nímž signálové elektrony 102 vyzařované z pozorovacího bodu MP dopadají na dopadový povrch 10i, je nula a množství vyzářeného světla získané z jednoho signálového elektronu se maximalizuje. Je to proto, že když se úhel dopadu zvětší, signálové elektrony, které jednou dopadly na prvek vyzařující světlo, jsou v prvku vyzařujícím světlo opakovaně rozptýleny a opět unikají z prvku vyzařujícího světlo do vakua. Tento mechanismus představuje závěr získaný z experimentů a simulace trajektorie elektronů.

Obr. 3D znázorňuje vztah mezi úhlem dopadu na prvek vyzařující světlo a množstvím signálových elektronů absorbovaných v prvku vyzařujícím světlo, aniž by unikly. Horizontální osa představuje úhel θί dopadu a vertikální osa představuje relativní množství absorbovaných signálových elektronů vzhledem k 0 stupňů.

Míra absorpce je maximální, když úhel θi dopadu je nula a prudce klesá, když úhel θi dopadu překročí 30 stupňů. To znamená, že když úhel θi dopadu signálových elektronů na prvek vyzařující světlo překročí 30 stupňů, snižování množství vyzařovaného světla se zvýší. Proto při uspořádání prvku vyzařujícího světlo tak, aby úhel θi dopadu byl 30 stupňů nebo méně, nastane efekt bránění snižování množství vyzařovaného světla. Z tohoto hlediska je kulový povrch výhodný tvar, protože úhel θi dopadu je nejmenší. Dále, protože dopadový povrch 10i mající úhel θi dopadu menší než 30 stupňů lze snadno navrhnout jako povrch nakloněný vzhledem k prvnímu směru, konfigurace podle aktuálního provedení může dosáhnout obou výhod.

Zde může být dopadový povrch 10i nakonfigurovaný tak, aby měl úhel θi dopadu 30 stupňů nebo méně, např. jako kulový povrch, protože, jak je znázorněno v části (a) Obr. 2B, prvek 12 přijímající světlo je uspořádaný v místě dále od elektronového svazku 101 než prvek 10 vyzařující světlo a je napojen na prvek 10 vyzařující světlo pomocí světlovodu 11, a místo, kde jsou signálové elektron detekovány v malé oblasti, a místo, kde se přijímá vyzařované světlo, jsou oddělena od sebe. To znamená, že i když má dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo volný tvar, efekt, že se prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11 rozprostírají v prvním směru, se vyruší tvarem (vliv

- 12 CZ 2025 - 331 A3 tvarového rozdílu od povrchu 12i přijímajícího světlo) a vyzařované světlo se může účinně šířit na povrch 12i přijímající světlo.

Dále bude popsán světlovod 11 s odkazem na Obr. 2A, 2B, 4A a 4B. Obr. 4A a 4B jsou perspektivní pohledy znázorňující světlovod 11 příslušně pozorovaný od vzorku 7 a pozorovaný od strany ozářené elektronovým svazkem a jedná se o pohledy znázorňující trojrozměrný tvar. Obr. 4A znázorňuje odrazivý povrch 11r a dopadový povrch 11i směřující k vyzařovacímu povrchu 10o prvku vyzařujícího světlo. Dopadový povrch 11i má válcovitý tvar, protože vyzařovací povrch 10o prvku vyzařujícího světlo má válcovitý tvar.

Obr. 4B znázorňuje povrch 11rc naproti odrazivému povrchu 11r a povrch směřující k povrchu 12i přijímajícímu světlo prvku přijímajícího světlo na rovině vyzařovacího povrchu 11o (viz pohled zespodu v části (a) Obr. 2B).

V aktuálním provedení je světlovod 11 upevněn k instalačnímu substrátu 13 přilepením světlovodu 11 k povrchu 12i přijímajícímu světlo pomocí lepidla majícího index lomu, který se blíží indexu lomu materiálu světlovodu 11 a zafixováním světlovodu 11 pomocí prvku 12 přijímajícího světlo. Ačkoliv se může použít mechanické upevnění pomocí šroubů, efektivita využití světla se zlepší při upevnění pomocí lepidla.

Světlo, které dosáhne vyzařovacího povrchu 11o je odraženo a nevstoupí do prvku přijímajícího světlo, když se bude úhel dopadu na vyzařovací povrch rovnat nebo bude větší než úplný odraz, a většina světla se stane rozptýleným světlem, což způsobí ztrátu světla. Když je světlovod 11 vyroben z pryskyřice nebo křemene, protože index lomu je zhruba 1,5, světlo mající úhel dopadu 42 stupňů nebo více je úplně odraženo. Nicméně když se použije lepidlo na bázi pryskyřice nebo skla mající podobný index lomu, mezi světlovodem 11 a lepidlem nedojde k úplnému odrazu a většina světla, které dosáhne vyzařovacího povrchu 11o, dopadne na povrch 12i přijímající světlo. Proto lepidlo mající v podstatěstejný index lomu slouží jako prvek pro extrahování světla ze světlovodu 11 do prvku 12 přijímajícího světlo.

Index lomu lepidla se výhodně rovná indexu lomu světlovodu 11 nebo je větší a rovná se indexu lomu povrchu přijímajícího světlo nebo je menší z hlediska úplného odrazu. Například jsou povrch přijímající světlo a lepidlo výhodně vyrobeny z epoxidové pryskyřice (mající index lomu přibližně 1,55) a světlovod 11 je výhodně vyroben z akrylové pryskyřice (mající index lomu zhruba 1,49) z hlediska průhlednosti.

Lepidlo sloužící jako prvek pro extrahování světla se výhodně nanese tak, aby pokrývalo celý povrch 12i přijímající světlo, což naznačuje přerušovaná čára v části (a) Obr. 2B. Při použití takového lepidla na povrchu 11rc naproti odrazivému povrchu 11r se zvýší propustnost světla vyzařovaného ven ze světlovodu pouze na vyzařovacím povrchu 11o směřujícím k povrchu 12i přijímajícímu světlo a množství světla přijatého na povrchu 12i přijímajícím světlo se zvýší a velikost ztráty světla vyzařovaného z povrchu 11rc, který nesměřuje k povrchu 12i přijímajícímu světlo, do vakua se adekvátně sníží.

Zvýšení propustnosti na povrch 12i přijímající světlo pouze na vyzařovacím povrchu 11o rovněž zvyšuje pravděpodobnost, že světlo šířící se k jinému místu, než je povrch 12i přijímající světlo ve směru azimutálního úhlu, bude opakovaně rozptýleno a dopadne na povrch 12i přijímající světlo. To znamená, že se efektivita využití světla vyzářeného jiným směrem než na povrch 12i přijímající světlo ve směru azimutálního úhlu rovněž zlepší.

Nicméně se jako prvek pro extrahování světla může použít i jiný prvek než lepidlo. Mezi světlovod a povrch 12i přijímající světlo se může vložit gelovitý prvek nebo se může vytvořit struktura pro extrahování světla, v níž vyzařovací povrch 11o směřující k povrchu 12i přijímajícímu světlo je proveden jako drobný povrch struktury, např. jako hrubý povrch nebo nerovný povrch. I v takových případech lze dosáhnout účinku zlepšení efektivity využití světla. Prvek pro extrahování světla jako

- 13 CZ 2025 - 331 A3 lepidlo a struktura pro extrakci světla se mohou použít v kombinaci.

Na druhou stranu je výhodní použít lepidlo k upevnění světlovodu 11 a prvku 10 vyzařujícího světlo, protože lepidlo zlepšuje efektivitu využití světla ze stejného důvodu, že brání úplnému odrazu. To znamená, že lepidlo rovněž funguje jako prvek, který vede světlo od prvku 10 vyzařujícího světlo do světlovodu 11 a vede světlo prvním směrem.

Protože index lomu prvku vyzařujícího světlo z materiálu, jako je materiál prvku vyzařujícího světlo popsaný výše, obecně bývá vyšší než zhruba 2,0, index lomu světlovodu 11 obvykle vyrobeného z křemene nebo pryskyřičného materiálu je menší. Proto na rozhraní mezi prvkem vyzařujícím světlo a lepidlem dochází k úplnému odrazu. Tento úplný odraz způsobuje jev, kdy je vyzářené světlo uzavřeno v prvku vyzařujícím světlo, a toto světlo je opakovaně rozptýleno, dokud vyzářené světlo není absorbováno prvkem vyzařujícím světlo nebo odrazivým materiálem, jako je hliník.

Tato ztráta závisí na tvaru prvku vyzařujícího světlo a přítomnosti nebo nepřítomnosti prvku pro extrahování světla, jako je lepidlo a 70 procent až 80 procent vyzářeného světla může být ztraceno. K extrahování uzavřeného světla ven při opakovaném rozptylu se úhel dopadu na rozhraní s povrchem lepidla může nastavit v rámci úhlu úplného odrazu.

Protože úhel úplného odrazu na rozhraní s vakuem u prvku vyzařujícího světlo majícího index lomu 2,0 činí 30 stupňů, zatímco úhel úplného odrazu na rozhraní s lepidlem majícím index lomu 1,5 činí 48 stupňů, úhel dopadu na plochu lepidla může u některých struktur být do 48 stupňů.

U tvaru průřezu prvku vyzařujícího světlo znázorněného na Obr. 3B v případě čtyřúhelníku, v němž úhel θis náklonu dopadového povrchu 10i je 0 stupňů, úhel dopadu úplně odraženého světla se nemění na čtyřech plochách, tj. horní, dolní, levé a pravé, a úplný odraz se opakuje, dokud světlo není absorbováno. Nicméně když úhel θis náklonu je úhel jiný než 0 stupňů, u světla dopadajícího na dopadový povrch 10i a odraženého od něj se úhel dopadu na další plochu změní. Na základě změny úhlu dopadu uzavřené světlo dopadne v rámci úhlu úplného odrazu na rozhraní s materiálem lepidla, který s největší pravděpodobností bude vyzařovat světlo, projde lepidlem a dopadne na světlovod 11, takže se efektivita využití světla zlepší.

To znamená, že jak upevněním prvku vyzařujícího světlo a světlovodu pomocí lepidla, tak i náklonem dopadového povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo se dosáhne účinku efektivního extrahování uzavřeného světla, u nějž se opakovaně provádí úplný odraz, z prvku vyzařujícího světlo pomocí světlovodu.

Navíc, když má dopadový povrch 10i náklon, dosáhne se trojitého účinku zkombinováním účinku změny úhlu šíření jako ve výše popsaném případě světelného paprsku Ray 5 a světelného paprsku Ray 6, a účinku zlepšení velikosti absorpce signálních elektronů 102. Je tedy vidět, že se dosáhne výhodného účinku, když dopadový povrch 10i bude nakloněný povrch.

SiPM sloužící jako prvek přijímající světlo bude popsán s odkazem na Obr. 5. Část (a) Obr. 5 je pohled zespodu znázorňující SiPM, jak je vidět od povrchu 12i přijímajícího světlo, a část (b) Obr. 5 je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 5. Část (c) Obr. 5 je diagram znázorňující příklad obvodu pro získání signálu ze SiPM.

Detekční povrch 12d, který převádí světlo na elektrický signál, je umístěn v rámu 12f a průhledná pryskyřice, křemenný kryt apod. jsou použity k ochraně detekčního povrchu 12d. V aktuálním provedení je povrchem 12i přijímajícím světlo pryskyřičný nebo křemenný povrch směřující k detekčnímu povrchu 12d.

V případě SiPM se dynamický rozsah maximalizuje, když je detekční povrch 12d ozářen stejnoměrným světlem, a nasycení je možné předejít. Proto, jelikož odrazivý povrch 11r světlovodu

- 14 CZ 2025 - 331 A3 odráží světlo na celý povrch 12i přijímající světlo jako v aktuálním provedení, povrch 12i přijímající světlo není zakryt částečně, ale je zakryt úplně. Při takové konfiguraci se dosáhne účinku zabránění nasycení.

SiPM má anodovou elektrodu a katodovou elektrodu, katodová elektroda je vystavena vysokému napětí a hodnota proudu poskytovaná anodovou elektrodou se zaznamenává a používá jako signál. V aktuálním provedení bude popsán příklad takového obvodu a je možné uvažovat o příkladech jiných obvodů.

Když se používá množina SiPM, nastává problém, že se zvyšuje počet vodičů. Na druhou stranu napětí působící na katodovou elektrodu je napětí pro ovládání velikosti elektrického signálu poskytovaného ze SiPM a určuje míru znásobení definovanou počtem elektronů vygenerovaných v SiPM, když je detekován jeden foton.

Obecně, jelikož se napětí pro získání stejné míry znásobení mění pro každý jednotlivý SiPM, je potřeba ovládat napětí individuálně. Nicméně, když je jednotlivý SiPM vhodně zvolený, napětí k dosažení stejné míry znásobení je možné snížit například na 0,5 V nebo méně a provozní napětí působící na elektrody několika SiPM je možné nastavit stejně (například je možné vodiče sdílet). Například je možné počet vodičů snížit o polovinu použitím společného napětí pro všechny SiPM.

Nicméně při zvolení pouze jednotlivého SiPM, i když je počet fotonů stejný, může být proudová hodnota poskytovaná ze SiPM odlišná a může to mít vliv na obraz SEM. Co se týká tohoto vlivu, je výhodné upravit a snížit tento vliv pro každý SiPM pomocí obvodu nebo zpracování signálu v následné fázi.

Část (c) Obr. 5 znázorňuje jeden příklad obvodu. Pro zjednodušení je znázorněn případ, kdy je počet SiPM sloužících jako prvky 12 přijímající světlo tři. Jak bylo popsáno výše, je výhodné, když každý SiPM obsahuje anodovou elektrodu 12AE a katodovou elektrodu 12CE, anodovými elektrodami 12AE jsou poskytovány proudové signály Isig 1 až Isig 3 a proudové signály Isig 1 až Isig 3 jsou jednotlivě načítány a podrobeny zpracování signálu. Není třeba zdůrazňovat, že když je vliv malý, SiPM je možné spojit a je možné načítat součet proudů a může se zvolit odpovídající konfigurace.

Katodová elektroda 12CE je vystavena předpětí Vbias jakožto provoznímu napětí pro určování míry znásobení. Dále, aby nedocházelo ke kolísání provozního napětí působícího na katodovou elektrodu 12CE, může být připojen kondenzátor 12Cs na tomtéž instalačním substrátu 13.

V části (c) Obr. 5 jsou katodové elektrody 12CE všech SiPM připojeny k vodičům pro přívod předpětí Vbias tak, aby napětí působící na SiPM bylo společné, a tím se snížil počet vodičů na jeden. Když se předpětí Vbias zajišťuje individuálně v případě tří SiPM, jsou potřeba celkem tři vodiče pro katodové elektrody 12CE a dva vodiče je možné ušetřit tím, že napětí působící na SiPM budou společná. Konfigurace, v níž se může počet vodičů snížit, je vhodná pro konfiguraci, v níž bude velikost konektoru apod. zmenšená a detektor bude nainstalovaný v úzkém prostoru jako u aktuálního provedení.

Ačkoliv je mezi katodovou elektrodu 12CE a vodič pro přívod předpětí Vbias možné vložit obvodovou komponentu jako odpor pro zabránění šumu apod., není žádný problém, pokud napětí spadají do rozsahu, který lze považovat za stejné provozní napětí. Příkladem takového rozsahu může být rozsah, v němž je možné signál poskytovaný anodovou elektrodou 12AE zkorigovat zpracováním signálu (například rozsah, v němž v následujícím obvodu nenastává nasycení). Je výhodné, když provozní napětí, j emuž j e vystavena katodová elektroda 12CE, je v rozsahu ±10 % z předem stanoveného napětí. Například když předem stanovené provozní napětí Vbias bude 55 V, provozní napětí může spadat do rozsahu zhruba 50 až 60 V.

Z dalšího hlediska je možné tuto konfiguraci označit jako konfiguraci, v níž se určitý vodič

- 15 CZ 2025 - 331 A3 rozvětvuje a je připojen k několika katodovým elektrodám 12CE na instalačním substrátu 13, aby se snížil počet vodičů.

Uspořádáním povrchu 12i přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo do umístění dále od elektronového svazku 101 než prvek 10 vyzařující světlo v prvním směru, se umístění prvku 10 vyzařujícího světlo a umístění prvku 12 přijímajícího světlo oddělí od sebe v prvním směru. V souladu s tím se mezi prvkem 10 vyzařujícím světlo a prvkem 12 přijímajícím světlo vytvoří prostor, v němž je rozptýleno světlo, a dosáhne se účinku zvýšení proudu.

Zároveň je možné prvek 10 vyzařující světlo roztáhnout v prvním směru tak, že bude oddělen od prvku 12 přijímajícího světlo v prvním směru. V souladu s tím může mít dopadový povrch 10i a vyzařovací povrch 10o zcela odlišný tvar. Ve výsledku může být tvarem dopadového povrchu 10i kulový povrch k zajištění efektivní detekce signálových elektronů a tvarem vyzařovacího povrchu 10o může být tvar, v němž je normála povrchu v podstatě rovnoběžná s prvním směrem (šipka D1) ke snadnému vyzařování světla v prvním směru. To znamená, že výše popsané vzájemné oddělení v prvním směru vede k efektivnímu detekování signálových elektronů a usnadnění vyzařování světla v prvním směru (zlepšení efektivity využití světla).

Dále poté, co světlo postoupí v prvním směru v první optické trase, světlo přicházející skrz první optickou trasu se rozšíří k povrchu 12i přijímajícímu světlo za použití odrazivého povrchu apod., takže je možné rovnoměrně vyzařovat světlo na povrch 12i přijímající světlo mající větší plochu než vyzařovací povrch 10o prvku vyzařujícího světlo. To znamená, že rozdíl v ploše mezi vyzařovacím povrchem 10o a povrchem 12i přijímajícím světlo je eliminován v druhé optické trase.

Obecně se díky uspořádání povrchu 12i přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo v umístění dále od elektronového svazku 101 než prvek 10 vyzařující světlo v prvním směru poté, co se světlo rozšíří v prvním směru, světlo rozšíří ve druhé optické trase k povrchu 12i přijímajícímu světlo za použití odrazivého povrchu apod., takže se zároveň dosáhne účinků zvýšení proudu elektronového svazku 101, detekování signálových elektronů s vyšší efektivitou, zlepšení efektivity využití světla a rovnoměrného vedení světla dopadajícího na povrch přijímající světlo.

[Provedení 2]

Obr. 6A a 6B jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 2. Obr. 6A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 6B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 6B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 6B. Popis stejné konfigurace jako u provedení 1 bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 1 spočívá v tom, že prvek 10 vyzařující světlo funguje jako světlovod 11.

Jak je vidět ze srovnání mezi částí (b) Obr. 2B a částí (b) Obr. 6B, prvek 10 vyzařující světlo podle provedení 2 má tvar, v němž jsou zkombinovány prvek 10 vyzařující světlo a světlovod 11 podle provedení 1. Na Obr. 2A a 2B, první optická trasa (optická trasa, která vede světlo ve směru šipky D1) tvořená prvkem 10 vyzařujícím světlo a světlovodem 11, je na Obr. 6A a 6B tvořena pouze prvkem 10 vyzařujícím světlo, prvek 10 vyzařující světlo má druhou optickou trasu (optickou trasu, která vede světlo ve směru šipky D2) tvořenou světlovodem 11, a prvek 10 vyzařující světlo má odrazivý povrch 10r jako odrazivý povrch 11r, který byl přítomen ve světlovodu 11. Vyzařovací povrch 10o prvku vyzařujícího světlo je uchycen k prvku 12 přijímajícímu světlo pomocí lepidla.

Výhoda takové konfigurace spočívá v tom, že protože zde není světlovod 11, odpadá proces lepení mezi světlovodem a prvkem vyzařujícím světlo a mezi světlovodem a prvkem přijímajícím světlo, a montáž je tedy snadná, a protože ubylo jedno rozhraní, lze předejít poklesu efektivity využití světla kvůli odrazu na rozhraní.

Když je velikost elektronového svazku 101 vyzářeného na vzorek 7 malá a množství signálových

- 16 CZ 2025 - 331 A3 elektronů 102 je malé, jelikož počet prvků 12 přijímajících světlo je možné snížit, a rovněž je možné snížit poloměr uspořádání, je možná konfigurace, v níž jsou použity jen prvky 12 přijímající světlo namísto vložení světlovodu do mezilehlé části. To, která konfigurace se použije podle provedení 1 a podle provedení 2, je možné zvolit s ohledem na zamýšlený produkt.

Účinků popsaných v provedení 1, jako je účinek zlepšení efektivity využití světla díky použití lepidla, lze dosáhnout i v provedení 2.

[Provedení 3]

Obr. 7A a 7B jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 3. Obr. 7A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 7B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 7B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 7B. Popis stejné konfigurace jako u provedení 1 bude vypuštěn.

Rozdíl oproti provedení 1 spočívá v tom, že vyzařovací povrch 11o a odrazivý povrch 11r světlovodu 11 jsou rozděleny odpovídajícím způsobem podle povrchů 12i přijímajících světlo. Pomocí takové konfigurace je možné posílit účinek popsaný u provedení 1 s odkazem na Obr. 2A a 2B (účinek zajištění, aby světlo nebylo vyzařováno z jiného umístění než z vyzařovacího povrchu 11o na povrch 11rc naproti odrazivému povrchu 11r, a zajištění, aby se světlo neztrácelo, protože se světlo stává rozptýleným světlem).

Popis bude proveden za použití paprsku Ray 7 v části (a) Obr. 7B. Díky rozdělení odrazivého povrchu 11r podle povrchů 12i přijímajících světlo a použití postranního povrchu dělicí části jako odrazivého povrchu 11rs světlo postupující do oblasti, kde není přítomen prvek 12 přijímající světlo ve směru azimutálního úhlu jako světelný paprsek Ray 7, může být rovněž odraženo odrazivým povrchem 11rs a vráceno do oblasti, kde povrch 12i přijímající světlo je přítomen. V souladu s tím se dosáhne účinku vyřešení problému, že se světlo vyzařované z jiného umístění než z vyzařovacího povrchu 11o na povrch 11rc směřující k odrazivému povrchu 11r stane rozptýleným světlem a způsobí ztrátu světla.

Účinků popsaných v provedení 1, jako je účinek zlepšení efektivity využití světla díky použití lepidla, lze dosáhnout i v provedení 3. Jak je popsáno v provedení 2, prvek 10 vyzařující světlo může mít funkci světlovodu 11.

[Provedení 4]

Obr. 8A až 8C jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 4. Obr. 8A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 8B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 8B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 8B. Obr. 8C je částečně zvětšený pohled na část (b) Obr. 8B.

Tento příklad je příklad, v němž je konfigurace provedení 3 upravena, a popis konfigurace, která je stejná jako u provedení 3, bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 3 spočívá v tom, že v prvním směru protínajícím směr vyzařování elektronového svazku 101 je uspořádána množina povrchů 12i (12ia, 12ib, 12ic) přijímající světlo. Při pohledu jako v pohledu zespodu v části (a) Obr. 8B jsou povrchy 12i přijímající světlo množiny prvků 12 (12a, 12b, 12c) přijímajících světlo uspořádány v radiálním směru (prvním směru, směru šipky D1 v části (b) Obr. 8B) od středové osy C.

V prvku 10 vyzařujícím světlo se bod, kam dopadají signálové elektrony 102, stává bodem vyzařujícím světlo a několik desítek až několik stovek fotonů je vygenerováno na jeden signálový elektron. V konfiguraci provedení 1 mohou být tyto fotony volně rozptýleny ve směru azimutálního úhlu, ale v konfiguraci provedení 3 jsou odrazivé povrchy 11rs prostorově omezeny

- 17 CZ 2025 - 331 A3 ve srovnání s konfigurací provedení 1. Proto v konfiguraci provedení 3 mnoho fotonů dosáhne prvku 12 přijímajícího světlo v blízkosti bodu vyzařujícího světlo snadněji než v konfiguraci podle provedení 1.

Provedení 4 tedy poskytuje konfiguraci, v níž mohou být fotony vyzařované ve směru specifického azimutálního úhlu rozptýleny a zachyceny.

Jak je znázorněno na Obr. 8A až 8C, tři povrchy 12i přijímající světlo prvků přijímajících světlo jsou uspořádány v prvním směru a byl použit odrazivý povrch 11r, rozdělený v každém směru azimutálního úhlu, tak, že pokrývá povrchy 12i přijímající světlo. Každý z vyzařovacích povrchů 11o (11oa, 11ob a 11oc) světlovodu směřuje k povrchu 12i přijímajícímu světlo a je upevněn k přilehlému povrchu přijímajícímu světlo pomocí lepidla.

U takové konfigurace je světlo přijímáno pomocí tří prvků přijímajících světlo, zatímco u provedení 3 je světlo přijímáno jedním prvkem 12 přijímajícím světlo v každém z rozdělených azimutů, takže je možné počet fotonů dopadajících na jeden povrch přijímající světlo jednoduchým výpočtem stanovit na 1/3. Proto aktuální konfigurace dosahuje účinku zlepšení efektivity využití světla tím, že eliminuje fotony, které dopadají mezi prvkem 12 přijímajícím světlo a prvkem 12 přijímajícím světlo a stanou se ztrátovými, a že brání nasycení prvku 12 přijímajícího světlo zvětšením povrchu 12i přijímajícího světlo.

Dále bude popsána druhá optická trasa. V části (b) Obr. 8B je množina druhých směrů (šipky D2) k povrchům přijímajícím světlo. Druhá optická trasa je vytvořena od bodu, kde se povrch začíná odklánět od prvního směru (šipka D1), tj. v oblasti radiálně vně radiálního umístění, kde ve světlovodu 11 začíná odrazivý povrch 11r. Odrazivý povrch 11r začíná od místa uvnitř nejvnitřnějšího povrchu 12ai přijímajícího světlo, takže na všechny prvky 12 přijímající světlo dopadá stejné množství světla.

Dále, jak je znázorněno na Obr. 8C, před a za každým prvkem 12 přijímajícím světlo je umístěna jednotka 11g pro nastavení množství světla, která slouží k nastavení množství světla dopadajícího na prvek přijímající světlo. Jednotka 11g pro nastavení množství světla podle předkládaného provedení obsahuje povrch 11g1, který odráží světlo k prvku přijímajícímu světlo na radiálně vnitřní straně a povrch 11g2, který odráží světlo k radiálně vnější straně.

Světelný paprsek Ray 8 na Obr. 8C je odražen povrchem 11g1 jednotky 11g pro nastavení množství světla nacházející se mezi prvky 12a a 12b přijímajícími světlo a dopadne na vnitřní povrch 12ia přijímající světlo. Světelný paprsek Ray 9 je odražen povrchem 11g2 a dopadne na povrch 12ic přijímající světlo. Množství odražené na vnitřní stranu a množství odražené na vnější stranu povrchem 11g1 a povrchem 11g2 se zvýší, když se povrch 11g1 a povrch 11g2 nastaví kolmo na vyzařovací povrch 11o.

Na povrch 11g1 a povrch 11g2 se výhodně uloží hliníková fólie apod. Když je povrch 11g2 rovnoběžný s vyzařovacím povrchem 11o a není použit žádný odrazivý materiál jako hliník, světlo z něj uniká. Proto naklonění povrchu 11g2 rovněž brání unikání světla. Proto má jednotka 11g pro nastavení množství světla účinek, že zajišťuje, že množství světla dopadajícího na prvek 12 přijímající světlo bude stejnoměrné v prvním směru. Dále má uložení hliníkové fólie na povrch 11g1 a povrch 11g2 a naklonění povrchu 11g2 vzhledem k vyzařovacímu povrchu rovněž takové účinky, že brání úniku světla z místa mezi prvky 12 přijímajícími světlo a zlepšuje efektivitu využití světla.

V aktuálním provedení jsou prvky přijímající světlo uspořádané v prvním směru a odpovídající světlovody 11 jsou lineární v pohledu zespodu. Jak je znázorněno v části (a) Obr. 8B, šířka Wlgp světlovodu je při pozorování ve směru od spodního povrchu konstantní od radiální pozice DP, kde začíná rozdělení ve směru azimutálního úhlu, ke krajní vnější poloze v radiálním směru.

- 18 CZ 2025 - 331 A3

Když se vyskytuje část, kde se šířka světlovodu zmenšuje ve směru, kterým se světlo šíří, úhel dopadu se zmenší, když je světlo odraženo odrazivým povrchem 11rs, podmínka úplného odrazu není splněna a světlo uniká ze světlovodu do vakua, což znamená ztrátu světla. Aby nedocházelo ke ztrátě způsobené únikem světla, má světlovod 11 strukturu, v níž se šířka nezmenšuje v prvním směru od radiální pozice DP, kde začíná rozdělení.

I když šířka Wlgp může kolísat zhruba o 0,1 mm až 0,5 mm v prvním směru z důvodů výroby světlovodu, kolísání v důsledku tahových nepřesností se považuje v podstatě za konstantní rozměr. Když se šířka Wlgp postupně zmenšuje tak, že náklon postranní plochy (odrazivého povrchu 11rs) ve směru azimutálního úhlu je menší než 15 stupňů v pohledu zespodu a radiální rozměr světlovodu 11 je krátký, únik světla je malý. Například, když je délka světlovodu 11 v radiálním směru přibližně tři prvky přijímající světlo, jak je znázorněno v části (a) Obr. 8B, pokles šířky Wlgp je možné považovat za malý a v podstatě konstantní.

Jak bylo popsáno výše, v konfiguraci, v níž jsou prvky přijímající světlo uspořádané v prvním směru, světlovod 11 je opatřen odrazivým povrchem 11rs a jednotkami 11g pro nastavení množství světla, jež odpovídají prvkům přijímajícím světlo, a velikost šířky Wlgp se nezmenšuje, se dosáhne účinku zabránění únikům světla a vylepšení efektivity využití světla.

V aktuálním provedení jsou šířka Wlgp světlovodu 11 a šířka Wrs povrchu 12i přijímajícího světlo zhruba stejné, ale uvedené šířky nemusí být zhruba stejné a například šířka Wlgp světlovodu 11 může představovat 1 násobek nebo méně, 1,1 násobek nebo méně, 1,2 násobek nebo méně, 1,3 násobek nebo méně, 1,4 násobek nebo méně nebo 1,5 násobek nebo méně šířky Wrs povrchu 12i přijímajícího světlo. V případě 1,5 násobku nebo méně lze výše uvedených účinků dosáhnout na významné úrovni.

Dále lze účinků popsaných v provedeních 1 a 3, jako je účinek zlepšení efektivity využití světla díky použití lepidla, rovněž dosáhnout v provedení 4. Jak bylo popsáno u provedení 2, prvek 10 vyzařující světlo může mít funkci světlovodu 11.

[Provedení 5]

Obr. 9A. až 9C jsou pohledy znázorňující přiklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 5. Obr. 9A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 9B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 9B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 9B. Obr. 9C znázorňuje vztah mezi světlovodem 11 a prvkem 10 vyzařujícím světlo.

Tento příklad je příklad, v němž je konfigurace provedení 4 upravena a popis konfigurace, která je stejná jako u provedení 4, bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 4 spočívá v tom, že světlovody 11 jsou zcela odděleny od sebe ve směru azimutálního úhlu (obvodovém směru), jak je znázorněno na Obr. 9A a 9B. Tvar světlovodu 11 v pohledu zespodu je podlouhlý tvar (například podlouhlý pravoúhlý tvar) rozprostírající se v prvním směru, který je výhodný v tom, že se zpracování zjednodušuje.

V takové konfiguraci je dopadový povrch 11i světlovodu v pohledu zespodu přímý, kolmý na směr šíření (první směr, takže se světlo dopadající na světlovod 11 šíří na nejkrajnější povrch 12ic přijímající světlo. Je to proto, že když tvar světlovodu je podlouhlý tvar rozprostírající se v pohledu zespodu ve směru šíření, a dopadový povrch je povrch kolmý na směr šíření, světlo je vedeno ve světlovodu dále na velkou vzdálenost ve směru šíření.

Aby mohl směřovat k dopadovému povrchu světlovodu, je vyzařovací povrch 10o prvku 10 vyzařujícího světlo rovněž přímý v pohledu zespodu a vnější tvar prvku 10 vyzařujícího světlo (naznačený silnou čarou v části (a) Obr. 9B) je pravidelný mnohoúhelník ekvivalentní počtu rozdělení ve směru azimutálního úhlu (v tomto případě pravidelný dvanáctiúhelník). V konfiguraci, v níž jsou světlovody kompletně odděleny od sebe, když vnější tvar prvku 10

- 19 CZ 2025 - 331 A3 vyzařujícího světlo je pravidelný mnohoúhelník ekvivalentní počtu rozdělení v pohledu zespodu, světlo se může šířit ve světlovodu.

Protože rozdíl oproti provedení 4 spočívá v tom, že světlovody jsou zcela odděleny od sebe ve směru azimutálního úhlu, tvar v řezu vedeném podél linie A-A. znázorněné v části (b) Obr. 9B je v podstatě stejný tvar jako v části (b) Obr. 8B.

Když vnější tvar prvku 10 vyzařujícího světlo je v pohledu zespodu pravidelný mnohoúhelník, šířka Wlgp světlovodu (viz část (a) Obr. 9B) je výhodně o něco menší než šířka We vyzařovacího povrchu 10o (viz Obr. 9C) prvku vyzařujícího světlo tak, aby dopadový povrch světlovodu konstrukčně neinterferoval s každým vrcholem. Jak je znázorněno na Obr. 9C, vystupující část 10g, která vede světlo, může být vytvořena vyčníváním vyzařovacího povrchu 10o prvku vyzařujícího světlo ven v radiálním směru.

V tomto případě může být pravidelný mnohoúhelník označený tečkovanou čarou na Obr. 9C vytvořen zkombinováním šířek We vyzařovacích povrchů 10o. Jinými slovy se šířka We rovná straně pravidelného mnohoúhelníku. To znamená, že když vnější tvar prvku 10 vyzařujícího světlo v pohledu zespodu je tvar založený na pravidelném mnohoúhelníku s počtem stran, který se rovná počtu rozdělení, světlo se může šířit ve světlovodu. Takový tvar se může považovat za tvar získaný připojením pravoúhelníku k vnějšku každé strany pravidelného mnohoúhelníku. Délka připojené strany pravoúhelníku určeného k připojení k pravidelnému mnohoúhelníku je stejná jako délka jedné strany pravidelného mnohoúhelníku.

Když je použita vystupující část 10g, jelikož prvky vzájemně neinterferují, šířka Wlgp světlovodu může být nastavena větší než šířka We vyzařovacího povrchu 10o prvku vyzařujícího světlo a může být ponechána rezerva tak, aby veškeré světlo vyzařované z vyzařovacího povrchu 10o mohlo dopadat na nějaký povrch. Díky tomu se zlepší efektivita využití světla.

Konfigurace popsané v provedeních 1, 3 a 4 jako zlepšení efektivity využití světla za pomoci lepidla, je možné podle situace aplikovat i na provedení 5 a lze dosáhnout stejných účinků.

[Provedení 6]

Obr. 10A. a 10B jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 6. Obr. 10A. je perspektivní pohled. Obr. 10B je pohled zespodu. Pohled v řezu vedeném podél linie A-A na Obr. 10B je stejný jako pohled v řezu v části (b) Obr. 9B.

Tento příklad je příklad, v němž je konfigurace provedení 5 upravena a popis konfigurace, která je stejná jako u provedení 5, bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 5 spočívá v tom, jak je znázorněno na Obr. 10A a 10B, že prvky 10 vyzařující světlo jsou rovněž zcela odděleny od sebe ve směru azimutálního úhlu (obvodovém směru). To znamená, že v obvodovém směru elektronového svazku je uspořádána množina prvků vyzařujících světlo.

Prvek 10 vyzařující světlo po rozdělení, světlovod 11 a prvek 12 přijímající světlo tvoří nezávislý detekční prvek 5e mající funkci jednoho detektoru. To znamená, že když signálové elektrony 102 dopadnou na prvek 10 vyzařující světlo, vyzářené světlo dosáhne prvku 12 přijímajícího světlo přes světlovod 11 a detekční prvek 5e má funkci detektoru spočívající ve vydávání elektrického signálu odpovídajícího signálovým elektronům 102. Konfigurace podle aktuálního provedení je konfigurace, v níž je 12 detekčních prvků (5e1 až 5e12) uspořádáno tak, že obklopují středovou osu C. Proto může každý detekční prvek měřit signálové elektrony 102 individuálně.

V případě takové konfigurace je možné zjistit, ve směru jakého azimutálního úhlu jsou příchozí signálové elektrony detekovány tak, že se stanoví detekční prvek, z něhož je signál získán. To znamená, že u takové konfigurace lze nejen předejít nasycení množství signálu v prvku 10

- 20 CZ 2025 - 331 A3 vyzařujícím světlo, ale je možné rozlišit signál při azimutálním úhlu. Rozlišování signálu při azimutálním úhlu se dále bude označovat jako rozlišení azimutálního úhlu.

Zejména v případě polovodičového kontrolního zařízení, protože polovodičová struktura v posledních letech bývá trojrozměrná, je důležité pozorovat trojrozměrnou strukturu. Lidské oči rozpoznají pevné těleso tím, že se dívají na objekt ze dvou směrů. Aktuálně představovaná struktura má účinek zlepšení viditelnosti trojrozměrné struktury za použití signálů z 12 směrů.

Aby se dosáhlo rozlišení azimutálního úhlu, prvky vyzařující světlo nemusí být nutně přesně uspořádány spořádaně ve vysoké hustotě v obvodovém směru elektronového svazku jako u aktuálního provedení. V obvodovém směru je, i když některé z prvků vyzařujících světlo nebudou přítomny, možné provádět rozlišení azimutálního úhlu při jiných azimutech. To znamená, že když bude množina prvků vyzařujících světlo uspořádané v obvodovém směru elektronového svazku, dosáhne se účinku, že je možné rozlišovat azimutální úhel.

Konfigurace popsané v provedeních 1 až 5 jako zlepšení efektivity využití světla za pomoci lepidla, je možné podle situace aplikovat i na provedení 6 a lze dosáhnout stejného účinku.

[Provedení 7]

Obr. 11A až 11C jsou pohledy znázorňující příklad konfigurace detektoru 5 podle provedení 7. Obr. 11A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 11B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 11B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 11B. Obr. 11C je částečně zvětšený pohled na část (b) Obr 11B.

Tento příklad je příklad, v němž je konfigurace provedení 6 podrobena změně a popis konfigurace, která je stejná jako u provedení 6, bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 6 spočívá v tom, že ve směru ozařování elektronového svazku 101 je uspořádána množina prvků 10 (10a, 10b a 10c) vyzařujících světlo, pro příslušné prvky 10 vyzařující světlo jsou použity světlovody 11 (11a, 11b a 11c) a každý světlovod 11 obsahuje první optickou trasu, která vede světlo v prvním směru, a druhou optickou trasu, která vede světlo ke každému z množiny povrchů 12i (12ia, 12ib a 12ic) přijímajících světlo uspořádaných v prvním směru.

Prvek 10a vyzařující světlo, světlovod 11a a prvek 12a přijímající světlo tvoří nezávislý detekční prvek mající funkci jednoho detektoru. To znamená, že když signálové elektrony 102 dopadnou na prvek 12a přijímající světlo, vyzářené světlo se dostane k prvku 12a přijímajícímu světlo světlovodem 11a a je vydán elektrický signál odpovídající signálovým elektronům 102. Podobně prvek 10b vyzařující světlo, světlovod 11b a prvek 12b přijímající světlo tvoří nezávislý detekční prvek a prvek 10c vyzařující světlo, světlovod 11c a prvek 12c přijímající světlo tvoří nezávislý detekční prvek.

Každý detekční prvek má charakteristiky detektoru popsaného v provedení 1 a dosahuje stejných účinků. To znamená, že konfigurace, v níž jsou signálové elektrony 102 detekovány na malém dopadovém povrchu 10i v okolí středu, z nich vyzářené světlo se šíří v prvním směru a je rozptýleno, světlo je přijato povrchem 12i přijímajícím světlo majícím dostatečně větší plochu než dopadový povrch 10i, tvoří konfiguraci detektoru, v níž se signál nenasytí, ani když se velikost svazku zvýší.

Obr. 11C znázorňuje světelný paprsek Ray 10 jako příklad světelného paprsku, který se šíří v určitém detekčním prvku. Když signálové elektrony 102 dopadnou na dopadový povrch 10iab prvku vyzařujícího světlo, světlo vyzařované v tomto dopadovém bodě se šíří směrem protínajícím elektronový svazek 101 (směrem šipky D1). Optickou trasu, po níž se světlo šíří v takovém směru, je možné považovat za první optickou trasu. Světlovod 11b je zakřivený v mezilehlé části a světlo šířící se uvnitř světlovodu 11b se šíří k příslušnému povrchu 12ib přijímajícímu světlo. Trasu od zakřiveného bodu k vyzařovacímu povrchu 11ob světlovodu lze považovat za druhou optickou

- 21 CZ 2025 - 331 A3 trasu.

V detektoru 5 jsou shluknuty tři typy detekčních prvků, jež tvoří jednu skupinu 5g detekčních prvků (Obr. 11C znázorňuje jednu skupinu 5g detekčních prvků) a skupiny (5g1 až 5g12) detekčních prvků jsou uspořádány tak, že obklopují středovou osu C, jak je znázorněno v části (a) Obr. 11B. Každá skupina 5g detekčních prvků má konfiguraci, v níž je prostor rozdělen množinou detekčních prvků, jež detekují signálové elektrony, a množství světla dopadajícího na každý povrch 12i (12ia, 12ib, 12ic) přijímající světlo lze přesně regulovat.

Množství světla lze regulovat nastavením velikosti dopadového povrchu (10ia, 10iab, 10iac) prvku vyzařujícího světlo a nastavením množství signálových elektronů 102 dopadajících na dopadový povrch 10i. U takové konfigurace se nastavením velikosti dopadového povrchu 10i tak, aby světlo dopadalo rovnoměrně na každý povrch 12i přijímající světlo, dosáhne účinku zabránění nasycení prvku 12 přijímajícího světlo v důsledku zvýšení velikosti signálu, a to pro všechny prvky 12 přijímající světlo v detektoru 5.

Tohoto účinku se dosáhne navíc k účinku zabránění nasycení popsanému v provedeních 1 až 6. Ačkoliv konfigurace podle provedení 6 má rovněž účinek bránění nasycení způsobenému nárůstem proudu, skupina 5g detekčních prvků podle aktuálního provedení má další účinek spočívající v regulaci množství světla dopadajícího na každý povrch 12i přijímající světlo a regulaci světla tak, aby na povrch přijímající světlo dopadalo rovnoměrně.

Ačkoliv je uvedené uspořádání popsáno v provedení 1, uspořádání detekčních prvků a skupin 5g detekčních prvků vzhledem ke středové ose C se neomezuje na uspořádání znázorněné na výkrese. Není vždy nutné uspořádat detekční prvky tak, aby obklopovaly středovou osu C kompletně, a detekční prvky mohou být uspořádány v částečné obvodové oblasti (totéž platí pro provedení popsaná výše). Tohoto účinku lze dosáhnout i s jedním detekčním prvkem. To znamená, že detekční prvek a skupina 5g detekčních prvků zajišťují pouze ochranu před nasycením způsobeným nárůstem proudu.

Dále je množina prvků 10 vyzařujících světlo uspořádána ve směru vyzařování elektronového svazku 101 a je možné individuálně detekovat signál odpovídající každému prvku vyzařujícímu světlo, takže lze u signálu rozlišit směr polárního úhlu Θο. Rozlišení signálů ve směru polárního úhlu se označuje jako rozlišení polárního úhlu. Podobně jako u rozlišení azimutálního úhlu má rozlišení polárního úhlu rovněž vliv na zlepšení viditelnosti trojrozměrné struktury.

Ačkoliv se směr, v němž jsou signálové elektrony vyzařovány, mění v závislosti na materiálu a tvaru vzorku, i když je vzorek izotropní v azimutálním úhlu, může se objevit rozdíl v polárním úhlu. Proto lze detekováním polárního úhlu vyzařování signálových elektronů ze vzorku získat více informací o materiálu a tvaru vzorku. Protože detektor podle aktuálního provedení má výše popsanou konfiguraci, polární úhel θο je možné vypočítat na základ informací o detekčním prvku dopadu a aktuální provedení poskytuje účinek získání informací o materiálu a tvaru vzorku.

Obr. 12A a 12B jsou pohledy znázorňující trojrozměrnou strukturu skupiny 5g detekčních prvků. Obr. 12A je perspektivní pohled a Obr. 12B je pohled zespodu, jak je viděný od vzorku 7 (ze směru šipky FD na Obr. 12A).

Podle Obr. 11C a 12A. má dopadový povrch 10i (10ia, 10iab, 10iac) prvku vyzařujícího světlo tvar získaný odříznutím části elipsoidu tak, aby normála povrchu směřovala k pozorovacímu bodu MP. Jak je popsáno v provedení 1, s ohledem na efektivní detekci signálových elektronu je dopadovým povrchem 10i nejvýhodněji kulový povrch, ale protože je použita množina dopadových povrchů 10i, dopadový povrch 10i má tvar blízký eliptickému povrchu, který se odchyluje od kulového povrchu z výrobních důvodů apod. Dále dopadový povrch podle aktuálního provedení není dokonalý eliptický povrch, ale jedná se o rovný povrch (nakloněný povrch) mající odlišný sklon u každého dopadového povrchu při zobrazení v pohledu v řezu podle Obr. 11C.

- 22 CZ 2025 - 331 A3

Z důvodu zlepšení efektivity detekce signálových elektronů popsaných v provedení 1 jsou tyto dopadové povrchy všechny nakloněné tak, že úhel θί dopadu je 30 stupňů nebo méně. Když je několik prvků vyzařujících světlo uspořádáno ve směru vyzařování svazku, je mezi prvky vyzařujícími světlo ve směru vyzařování svazku vytvořena mezera. Proto, aby signálové elektrony 102 nevstupovaly do mezer, když je každý dopadový povrch pozorován z pozorovacího bodu MP, prvek vyzařující světlo na straně blízko ke vzorku 7 zakrývá každou mezeru tak, aby mezera nebyla vidět z pozorovacího bodu MP.

Podle Obr. 12B, když jsou tři typy prvků 10 vyzařujících světlo pozorovány ze strany spodního povrchu, průsečík prodlužovacích čar (tečkovaných čar LD na Obr. 12B) postranních ploch každého prvku vyzařujícího světlo je v podstatě stejný (bod na středové ose C). Jinými slovy středový úhel θc svíraný dvěma prodlužovacími čarami (tečkovanými čarami LD) je stejný pro všechny prvky (10a, 10b, 10c) vyzařující světlo.

Je to proto, že jak je znázorněno v části (a) Obr. 11B, skupina 5g detekčních prvků má strukturu prvku vyzařujícího světlo pro obklopení středové osy C bez mezery a kotoučovitý prvek vyzařující světlo je v pohledu zespodu nařezán do koláčovitého tvaru. Jak bylo popsáno výše, když je množina prvků vyzařujících světlo uspořádána ve směru vyzařování elektronového svazku a skupina 5g detekčních prvků je pozorována ze strany vzorku, protože středové úhly θc uvedené množiny prvků vyzařujících světlo jsou stejné, dosáhne se účinků, že prvky 10 vyzařující světlo mohou být trojrozměrně uspořádány kolem středové osy C s vysokou hustotou a signálové elektrony 102 vyzařované v různých směrech je možné detekovat beze ztráty.

Podle Obr. 12B mají tři typy světlovodů 11a, 11b a 11c stejnou šířku Wlgp (může být odlišná v rámci rozsahu kolísání rozměrů) a šířka Wlgp se v podstatě rovná šířce Wrs povrchu přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo, nebo je menší. To slouží ke zvýšení efektivity využití světla světlovodů.

Když je vyzařovací povrch 11o světlovodu větší než povrch 12i přijímající světlo, světlo je vyzařováno do jiné oblasti než na povrch přijímající světlo a většina světla se ztratí (část světla se rozptýlí v rámu 12f prvku 12 přijímajícího světlo a dopadne na detekční povrch 12d. Viz Obr. 5 pro tuto strukturu). Proto se účinku zabránění ztrátě dosáhne nastavením šířky vyzařovacího povrchu 11o světlovodu tak, aby byla stejná nebo menší než šířka povrchu 12i přijímající světlo.

Když je šířka vyzařovacího povrchu větší než šířka Wsípm prvku přijímajícího světlo, světlo vyzařované z vyzařovacího povrchu 11o vystupujícího z prvku přijímajícího světlo nedosáhne povrchu 12i přijímajícího světlo, což způsobí ztrátu, takže je šířka Wlgp vyzařovacího povrchu 11o výhodně stejná nebo menší než šířka Wsípm prvku přijímajícího světlo (například 1,0 krát nebo méně, 1,1 krát nebo méně, 1,2 krát nebo méně, 1,3 krát nebo méně, 1,4 krát nebo méně nebo 1,5 krát nebo méně).

Dále je výhodnější, když vyzařovací povrch 11o má stejnou velikost jako povrch 12i přijímající světlo, když se uváží, že celý povrch přijímající světlo je ozářen světlem rovnoměrně. To znamená, že jak účinku zlepšení efektivity využití světla, tak účinku rovnoměrného ozáření lze dosáhnout tak, že se vyzařovací povrch 11o a povrch 12i přijímající světlo nastaví na stejnou šířku (tato šířka může být odlišná v rámci rozsahu kolísání rozměrů). Například, když je šířka Wrs povrchu 12i přijímajícího světlo 3,0 mm, šířka vyzařovacího povrchu 11o může být zhruba 2,8 mm. Takový rozdíl v šířce lze považovat za stejnou šířku v rámci rozsahu kolísání rozměrů.

Navíc, jak je znázorněno na Obr. 11A až 11C, 12A. a 12B, struktura, v níž jsou šířky světlovodů od dopadového povrchu 11i po vyzařovací povrch 11o nastaveny tak, aby byly v podstatě stejné bez vystupování, má účinek zlepšení efektivity využití světla. Protože když je světlo ve světlovodu zúženo z roztaženého stavu, dochází k úniku světla a ztrátě, jak je popsáno v provedení 4, takže když je světlo ve světlovodu přítomno v roztaženém tvaru, nastává únik světla a ztráta. Proto jsou

- 23 CZ 2025 - 331 A3 v aktuálním provedení šířka dopadového povrchu, šířka vyzařovacího povrchu a šířka povrchu přijímajícího světlo světlovodu nakonfigurovány tak, že jsou v podstatě stejné a v souladu s tím lze dosáhnout účinku dosažení jak účinnosti, tak rovnoměrného ozáření.

Protože elektronový svazek je absorbován v několika desítkách μm od povrchu dopadového povrchu prvku vyzařujícího světlo, lze mít za to, že světlo je vyzařováno v podstatě na dopadovém povrchu. V tomto případě je potřeba šířit vyzařované světlo z dopadového povrchu skrz prvek vyzařující světlo a dále světlovodem tak, aby dosáhlo prvku přijímajícího světlo.

Jak je znázorněno na Obr. 12B, aktuální konfigurace neobsahuje žádnou část, kde se šířka zmenšuje od dopadového povrchu 10 prvku vyzařujícího světlo k prvku 12 přijímajícímu světlo. To znamená, že se šířka prvku vyzařujícího světlo od dopadového povrchu 10iac k dopadovému povrchu 11ic světlovodu zvětšuje a šířka světlovodu je konstantní.

Jak bylo popsáno výše, je efektivita využití světla snížená, když plocha průřezu ve směru šíření poklesne. Proto má aktuální konfigurace, což je optický systém, v němž šířka od dopadového povrchu prvku vyzařujícího světlo po povrch přijímající světlo prvku přijímajícího světlo neklesá, takový účinek, že brání snížení efektivity využití světla.

Navíc, aby se zkrátila vzdálenost (délka optické trasy) uvedených tří typů světlovodů 11, prvky 10 vyzařující světlo ve směru stejného azimutálního úhlu (prvky vyzařující světlo patřící do téže skupiny 5g detekčních prvků) jsou uspořádány tak, aby se vzájemně překrývaly ve směru vyzařování svazku a světlovody 11 připojené k prvkům vyzařujícím světlo jsou rovněž uspořádány takovým způsobem, že se překrývají. To znamená, že uvedená množina světlovodů 11 připojených k množině prvků 10 vyzařujících světlo má části, které se vzájemně překrývají ve směru vyzařování elektronového svazku. S takovou konfigurací je možné detekovat signálové elektrony při různých polárních úhlech ve směru stejného azimutálního úhlu. To znamená, že je možné získávat informace, jako kolik signálových elektronů je vyzářeno při kterém polárním úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu. Taková konfigurace má účinek dosažení rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu.

Zejména se uspořádáním prvku vyzařujícího světlo, světlovodu a prvku přijímajícího světlo na stejné přímce v prvním směru zkrátí vzdálenost (délka optické trasy) světlovodu 11 v každém ze tří typů detekčních prvků. V konfiguraci, v níž je dosaženo rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu jsou prvek vyzařující světlo, světlovod a prvek přijímající světlo uspořádány na téže přímce, takže vzdálenost světlovodu 11 je nejkratší. Když je vzdálenost (délka optické trasy) světlovodu 11 zkrácená, efektivita využití světla se zlepší. Aktuální konfigurace dosahuje účinku zlepšení efektivity využití světla.

Ve stejné skupině 5g detekčních prvků, konfigurace, v níž je vzdálenost mezi povrchem 12ia přijímajícím světlo prvku přijímajícího světlo uspořádaného na nejvnitřnější straně v radiálním směru a dopadovým povrchem 10ia odpovídajícího prvku vyzařujícího světlo nejkratší v prvním směru, je kompaktní v optickém systému jako celek a díky tomu je efektivita využití světla vylepšená.

Jak je znázorněno v části (a) Obr. 11B, uvedená množina prvků 12 přijímajících světlo je uspořádáno v řadě od středové osy C v radiálním směru. Dále jsou prvky 10 vyzařující světlo a prvky 12 přijímající světlo ve směru stejného azimutálního úhlu uspořádány v řadě a tvar světlovodu v pohledu zespodu je lineární tvar, takže je vzdálenost mezi dopadovým povrchem 11i a vyzařovacím povrchem 11o světlovodu nejkratší. Jak bylo popsáno výše, je efektivita využití světla maximalizovaná, když světlovod má lineární tvar. Navíc, protože čím kratší je vzdálenost, tím menší je ztráta světla, tím je efektivita využití světla v aktuální konfiguraci vyšší. Proto, když se uspořádají prvky 12 přijímající světlo v řadě a světlovod 11 se zformuje do lineárního tvaru v pohledu ze strany vzorku, dosáhne se účinku zlepšení efektivity využití světla světlovodu.

- 24 CZ 2025 - 331 A3

Když není rozlišení polárního úhlu dosaženo ve směru stejného azimutálního úhlu, prvky 12 přijímající světlo nemusí být nutně uspořádány v řadě. S odkazem na Obr. 12C až 12E budou popsány modifikace. Obr. 12C znázorňuje pohled zespodu na detektor 5 viděný ze strany vzorku, Obr. 12D znázorňuje půdorysný pohled v zobrazení ze strany ozářené elektronovým svazkem a Obr. 12E znázorňuje trojrozměrnou strukturu skupiny 5g detekčních prvků. Na Obr. 12D není znázorněn instalační substrát 13. K eliminaci složitosti a zpřehlednění nejsou části, které nejsou znázorněny na obrázcích, popsány.

V modifikacích je detekční prvek obsahující prvek 10b vyzařující světlo, světlovod 11b a prvek 12b přijímající světlo otočen ve směru azimutálního úhlu vzhledem k detekčnímu prvku obsahujícímu prvek 10a vyzařující světlo, světlovod 11a a prvek 12a přijímající světlo a k detekčnímu prvku obsahujícímu prvek 10c vyzařující světlo, světlovod 11c a prvek 12c přijímající světlo. Úhel φκ otočení je úhel získaný vydělením 360 stupňů dvojnásobkem počtu rozdělení a činí 360/(2 x 12) = 15 stupňů v příkladu z Obr. 12C až 12E.

V půdorysném pohledu na Obr. 12D jsou prvek 12a přij ímaj ící světlo a prvek 12c přij ímaj ící světlo uspořádané v řadě v radiálním směru, ale prvek 12b přijímající světlo je v pozici otočené o úhel φκ (15 stupňů na výkresu) ve směru azimutálního úhlu vzhledem k prvku 12a přijímajícímu světlo. Aktuální konfiguraci je možné považovat za konfiguraci, v níž jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádány ve střídavém tvaru (klikatém tvaru) v prvním směru. Výhodou takové konfigurace je, že prvky přijímající světlo mohou být uspořádány ve vysoké hustotě. V konfiguracích z Obr. 12C až 12E, jelikož vzdálenost mezi středovou osou C a prvkem 12c přijímajícím světlo nejdále od středové osy C je možné zkrátit ve srovnání s případem, kdy jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádány v řadě, jak je znázorněno na Obr. 12A a 12B, je dosaženo účinku dalšího zlepšení efektivity využití světla.

Nicméně, aby se mohlo provádět rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu, dopadové povrchy množiny prvků vyzařujících světlo (tří typů 10a, 10b a 10c podle aktuálního provedení), pro něž se má provádět rozlišení polárního úhlu, potřebují být uspořádány ve stejném rozsahu azimutálního úhlu v kulovém souřadnicovém systému.

To znamená, že prvky vyzařující světlo musí být uspořádány, jak je znázorněno na Obr. 12A a 12B. Jak je popsáno výše s odkazem na Obr. 12B, v případě pozorování uvedených tří typů prvků 10 vyzařujících světlo ze strany spodního povrchu, je potřeba uspořádat prvky vyzařující světlo tak, aby průsečíky prodlužovacích čar (tečkovaných čar LD na Obr. 12B) postranních ploch dopadových povrchů prvků vyzařujících světlo byly v podstatě stejné pro uvedené tři typy prvků vyzařujících světlo (body na středové ose C). Jinými slovy musí být při pohledu ze strany spodního povrchu dopadové povrchy 10i prvků vyzařujících světlo ve směru stejného azimutálního úhlu v podstatě obsaženy v sektorech majících stejné středové úhly.

V konfiguraci prvků vyzařujících světlo, pro něž se má provádět rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu, konfigurace, v níž jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádané v řadě, tj. konfigurace znázorněná na Obr. 12B, je konfigurací, v níž lze vzdálenost (délku optické trasy) světlovodu 11 minimalizovat v každém ze tří typů detekčních prvků.

Jak je vidět ze srovnání mezi Obr. 12A a Obr. 12E, v modifikacích znázorněných na Obr. 12C až 12E, protože jsou dopadové povrchy 10iab prvků vyzařujících světlo posunuty ve směru azimutálního úhlu, není možné provádět rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu pro všechny tři typy prvků vyzařujících světlo.

Rozlišení polárního úhlu ve směru stejného azimutálního úhlu má účinek zlepšení viditelnosti zvýšením množství informací o trojrozměrné struktuře porovnáním signálů pro každý polární úhel u stejného azimutálního úhlu. Proto, když je tento účinek důležitý, upřednostňuje se konfigurace, v níž jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádány v řadě. Nicméně když mají prioritu jiné účinky jako efektivita využití světla a plocha obvodu, prvky 12 přijímající světlo nemusí být nutně

- 25 CZ 2025 - 331 A3 uspořádané v řadě. Uspořádání prvků 12 přijímajících světlo mohou být různá včetně střídavého uspořádání.

Dále bude popsána strukturální interference světlovodů na vrcholech prvků 10 vyzařujících světlo uspořádaných ve tvaru pravidelného mnohoúhelníku. Šířka We (viz Obr. 9C) vyzařovacího povrchu 10ο prvku vyzařujícího světlo a šířka Wlgp dopadového povrchu 11 i světlovodu jsou v podstatě stejné na Obr. 12B, šířky budou podrobně popsány s odkazem na Obr. 13A a 13B.

Obr. 13A znázorňuje příklad tvaru prvku 10 vyzařujícího světlo v provedení 7 a Obr. 13B znázorňuje příklad tvaru, v němž je tvar prvku 10 vyzařujícího světlo v provedení 7 modifikován jako v provedení 5 (Obr. 9C). Interference světlovodů s prvkem 10 vyzařujícím světlo majícím nedělený mnohoúhelníkový tvar byla popsána v provedení 5. Základní způsob eliminace této interference je stejný.

Na Obr. 13A a 13B jsou jako příklad znázorněny prvek 10c vyzařující světlo a světlovod 11c umístěné u sebe ve směru azimutálního úhlu. Na vrcholu CP, kde jsou vyzařovací povrchy IQoc prvků vyzařujících světlo na Obr. 13Auspořádány u sebe, jsou prvky 10c vyzařující světlo původně vyrobeny rozdělením jednoho disku a v souladu s tím nedochází k interferenci, ale světlovody 11 připojené k prvkům vyzařujícím světlo mohou interferovat v důsledku kolísání rozměrů. Proto Obr. 13A znázorňuje příklad, v němž je šířka Wlgp dopadového povrchu 11 i světlovodu mírně (například o cca. 0,1 mm až 0,3 mm) menší než šířka We vyzařovacího povrchu 10ο prvku vyzařujícího světlo a je dosaženo účinku zabránění interferenci.

Obr. 13B je příklad, v němž vyzařovací povrch 10ο prvku vyzařujícího světlo vystupuje směrem ven v radiálním směru, čímž vytváří vystupující část 10g pro vedení světla. V tomto případě, jelikož je mezi vyzařovacími povrchy IQoc přilehlých prvků vyzařujících světlo vytvořena mezera, šířka Wlgp dopadového povrchu světlovodu může být provedena jako větší než šířka We vyzařovacího povrchu IQoc prvku vyzařujícího světlo, a v podstatě veškeré světlo vyzařované z prvku vyzařujícího světlo může dopadat na světlovod 11c, čímž se může zlepšit efektivita využití světla. Proto se vytvořením vystupující části 10g může dosáhnout účinku eliminace interference světlovodů a vylepšení efektivity využití světla.

Například, když je šířka povrchu přijímajícího světlo 3,0 mm, šířka Wlgp dopadového povrchu světlovodu může být 2,8 mm a šířka We vyzařovacího povrchu IQoc prvku vyzařujícího světlo může být zhruba 2,7 mm.

Když je vzdálenost mezi radiální pozicí, kde začíná vystupující část 10g a středovou osou C (průsečíkem prodlužovacích čar postranních ploch prvků vyzařujících světlo) označena Le, a počet rozdělení ve směru azimutálního úhluje označen N_azth, přibližná hodnota šířky We vyzařovacího povrchu IQoc prvku vyzařujícího světlo je obecně vyjádřena vztahem mezi stranou mnohoúhelníku a vzdáleností strana-střed, a hodnota se wpočítá podle následujícího vzorce 1.

We = 2 Le · tan(rc/Naztii) vzorec 1

Jak je popsáno s odkazem na Obr. 12B, s ohledem na efektivitu využití světla a rovnoměrné ozáření povrchu přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo jsou šířka Wrs povrchu přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo a šířka vyzařovacího povrchu světlovodu výhodně zhruba stejné. Protože má světlovod výhodně lineární tvar, šířka Wrs povrchu přijímajícího světlo a šířka dopadového povrchu světlovodu jsou rovněž výhodně stejné. Protože šířka We vyzařovacího povrchu prvku vyzařujícího světlo je výhodně menší než šířka dopadového povrchu světlovodu, nebo v podstatě stejná (včetně případu, kdy je nepatrně větší), je výhodné, když je šířka We vyzařovacího povrchu prvku vyzařujícího světlo v podstatě stejná jako šířka Wrs povrchu

-26CZ 2025 - 331 A3 přijímajícího světlo nebo menší.

Při zvážení takových záležitostí je výhodné, když vzdálenost Le vyhovuje následujícímu vzorci 2 odvozenému od vzorce 1. Například, když šířka povrchu přijímajícího světlo je 3 mm a prvek vyzařující světlo má dvanáctiúhelníkový tvar, vzdálenost Le je výhodně menší než 5,6 mm.

Wrs/{2 · tan(jr/Naztii)} >Le vzorec 2

Jako v aktuálním příkladu, když má prvek 10 vyzařující světlo tvar založený na pravidelném mnohoúhelníku (tvar, v němž je pravoúhelník připojený k vnější straně každé strany pravidelného mnohoúhelníku) a prvky přijímající světlo jsou uspořádány tak, že obklopují středovou osu C, vzdálenost Lsípm (viz Obr. 12B) mezi středovou osou C a povrchem na straně středové osy nej vnitřnějšího prvku 12a přijímajícího světlo a šířka Wsípm prvku přijímajícího světlo musí vyhovovat následujícímu vzorci 3 (předpokládá se, že délka světlovodu je stejná v každé skupině detekčních prvků a že prvky přijímající světlo vzájemně neinterferují).

[0203] Například, když šířka prvku přijímajícího světlo je 3,4 mm a prvek vyzařující světlo má dvanáctiúhelníkový tvar, vzdálenost Lsípm je výhodně větší než 6,3 mm.

Lsípm > Wsípm/{2 tan^/Nazth)} vzorec 3

Konfigurace vyhovující vzorci š je obzvláště vhodná, když jsou prvky přijímající světlo uspořádané v prvním směru. Ačkoliv vzorec 1 je odvozený v konfiguraci Obr. 13B, v konfiguraci Obr. 13Aje vzorec 1 zaveden podobným způsobem nastavením vzdálenosti Le na vzdálenost mezi radiálním umístěním vyzařovacího povrchu IQoc a středovou osou C (průsečíkem prodlužovacích čar postranních ploch prvků vyzařujících světlo) a vzorec 2 a vzorec 3 je rovněž možné aplikovat na konfiguraci Obr. 13A podobným způsobem. V aktuálním provedení, aby se předešlo strukturální interferenci, jak konfigurace Obr. 13A, tak konfigurace Obr. 13B vyhovují vzorci 2 a vzorci 3. Výše uvedená konfigurace týkající se vzdáleností Le a Lsípm dosahuje účinku bránění interferenci, ale tento vynález se na takovou konfiguraci neomezuje.

Konfigurace popsané v provedeních 1 až 6 jako zlepšení efektivity využití světla za pomoci lepidla, je možné podle situace aplikovat i na provedení 7 a lze dosáhnout stejného účinku.

Podle aktuálního provedení je účinek umožnění rozlišení polárního úhlu v tenké struktuře obzvláště velký. Tento bod bude popsán níže.

Když je vzdálenost mezi pozorovacím bodem MP a prvkem 10 vyzařujícím světlo zhruba 1 mm až 3 mm, v konfiguraci podle souvisejícího stavu techniky, která byla popsaná v provedení 1 s odkazem na Obr. 17, lze rozlišování azimutálního úhlu provádět tak, že se prvky 12 přijímající světlo uspořádají způsobem, že obklopují středovou osu C, ale je obtížné provádět rozlišování polárního úhlu. Je to proto, že většina signálových elektronů 102 (například signálových elektronů vyzařovaných v rozsahu polárního úhlu 10 stupňů až 60 stupňů) dopadá na vnitřní prvek 10 vyzařující světlo nejblíže elektronovému svazku 101 koncentrovaně a nelze je rozlišit. Zejména aby se oddělily a detekovaly signálové elektrony vyzařované v rozsahu polárního úhlu 10 stupňů až 50 stupňů, je potřeba mít dopadový povrch malého prvku vyzařujícího světlo, takže je obtížné provádět rozlišení polárního úhlu.

V aktuálním provedení je množina prvků vyzařujících světlo uspořádána ve směru vyzařování svazku, prvek přijímající světlo je uspořádaný v umístění dále od elektronového svazku než prvek

-27CZ 2025 - 331 A3 vyzařující světlo, a světlo vyzařované z každého prvku vyzařujícího světlo je individuálně převáděno na signál prvkem přijímajícím světlo. Dále se světlo šíří v prvním směru a potom se šíří ve druhém směru. V souladu s tím lze malý dopadový povrch prvku vyzařujícího světlo rozdělit a rozlišení polárního úhlu je možné provádět téměř ve všech rozsazích polárního úhlu včetně signálových elektronů vyzařovaných při malém polárním úhlu.

Jinými slovy jsou prvky vyzařující světlo shromážděny uprostřed a prvky přijímající světlo jsou uspořádány ve vzájemně oddělených umístěních v prvním směru v aktuální konfiguraci, takže je možné do omezeného prostoru mezi čočku 4 objektivu a vzorek 7 uložit sérii optických systémů od prvků vyzařujících světlo po prvky přijímající světlo, a tak je možné dosáhnout jak snížení ztráty světla zkrácením optické trasy, tak rozlišení polárního úhlu rozdělením středové části při vysoké hustotě. V umístění, kde je možné detekovat velký počet signálových elektronů, je účinek dosažení funkce rozlišení polárního úhlu aktuálně popisovanou konfigurací posílen.

Existují různé způsoby uspořádání prvků vyzařujících světlo ve směru vyzařování svazku. Jak je znázorněno na Obr. 12A, existuje uspořádání, kde jsou dopadové povrchy prvků vyzařujících světlo uspořádány v podstatě v řadě ve směru vyzařování svazku, a jak je znázorněno na Obr. 12C až 12E, existuje uspořádání, v němž jsou dopadové povrchy prvků vyzařujících světlo uspořádány v klikatém tvaru ve směru vyzařování svazku.

Na Obr. 12A a Obr. 12E je rozdíl v uspořádání prvků vyzařujících světlo ve směru vyzařování svazku způsoben provedením uspořádání prvků vyzařujících světlo v prvním směru odlišně za podmínky, že světlovod má v pohledu zespodu lineární tvar. To znamená, že jelikož se uspořádání prvků vyzařujících světlo ve směru vyzařování svazku mění v důsledku vlivu tvaru světlovodu a uspořádání prvků přijímajících světlo, uspořádání se neomezují na uspořádání znázorněná na Obr. 12A. a 12E a existují různá uspořádání jako změna počtu rozdělení prvků vyzařujících světlo a polohového vztahu podle umístění ve směru vyzařování svazku.

Když je ve směru vyzařování svazku uspořádána množina prvků vyzařujících světlo, dosáhne se účinků výše popsaného rozlišování polárního úhlu, předcházení nasycení signálu v důsledku zvýšení velikosti svazku apod., takže stačí, když je ve směru vyzařování svazku uspořádána množina prvků vyzařujících světlo.

Z hlediska předcházení nasycení signálu v důsledku zvýšení velikosti svazku uspořádání prvků 12 přijímajících světlo v prvním směru nemusí být nutně v přímce. Například v pohledu zespodu mohou být prvky 12 přijímající světlo uspořádány meandrovitě v prvním směru (ve střídavém tvaru, klikatém tvaru), aby si prvky 12 přijímající světlo v uspořádání neinterferovaly. V takovém případě se například může použít světlovod 11, který je v pohledu zespodu zakřivený.

Když jsou prvky 12 přijímající světlo uspořádány s vysokou hustotou, může se počet prvků přijímajících světlo mezi obvodem blízko ke středové ose C a obvodem daleko od středové osy C lišit. V tomto případě může být počet rozdělení ve směru azimutálního úhlu odlišný v každém detekčním prvku obsaženém ve stejné skupině 5g detekčních prvků, nebo může být použit světlovod, který se rozvětvuje od jednoho dopadového povrchu k velkému počtu vyzařovacích povrchů, jako je světlovod mající rozvětvený tvar.

Dále mohou být prováděny různé úpravy, aniž by došlo k odchýlení se od principu získání signálových elektronů 102 na malém dopadovém povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo v blízkosti středové osy C a šíření a rozptylu světla v prvním směru.

[Provedení 8]

Obr. 14A. až 14D jsou pohledy znázorňující příklady konfigurace detektoru 5 podle provedení 8. Obr. 14A je perspektivní pohled. Část (a) Obr. 14B je pohled zespodu. Část (b) Obr. 14B je pohled v řezu vedeném podél linie A-A v části (a) Obr. 14B. Obr. 14C je částečně zvětšený pohled na část

- 28 CZ 2025 - 331 A3 (b) Obr. 14B. Obr. 14D je perspektivní pohled znázorňující skupinu 5g detekčních prvků.

Tento příklad je příklad, v němž je konfigurace provedení 7 změněna a popis konfigurace, která je stejná jako u provedení 7, bude vypuštěn. Rozdíl oproti provedení 7 spočívá v tom, že se jako prvek 10 (10a, 10b, 10c) vyzařující světlo používá rovinný prvek.

Krystalový prvek vyzařující světlo je možné zpracovat do různých tvarů a existuje rovinný prvek vyzařující světlo jako tenká destička a tenký film a je výhodné používat tyto prvky vyzařující světlo podle potřeby. Například tenký film získaný zformováním práškového fosforu do podoby filmu se vyznačuje vysokou efektivitou extrahování světla z prášku a existuje materiál mající vysokou intenzitu vyzařování.

Takovým materiálem je například YSO (Y2SiO5: Ce). Materiál se ovšem na něj neomezuje a jako krystalický materiál prvku vyzařujícího světlo se může použít prášek YAP, YAG, GGAG, GOS apod, popsané v provedení 1. Krystalový prvek vyzařující světlo popsaný v provedení 1 se může rovněž použít jako rovinný prvek, protože zpracovat krystalový prvek vyzařující světlo je snadné, a v tomto případě je možné aplikovat konfiguraci podle aktuálního provedení.

Navíc se ZnO nebo GaN, což je polovodičový materiál, používá jako materiál mající vysokou reakční rychlost od vyzáření světla k vyhasnutí. Tyto materiály se často používají jako tenké rovinné destičky. Zejména v případě prvku vyzařujícího světlo majícího v sobě strukturu kvantové jímky je struktura kvantové jímky vytvořena na plochém substrátu, a proto se obvykle používá jako tenká destička. Reprezentativním příkladem prvku vyzařujícího světlo majícího strukturu kvantové jímky je GaN scintilátor a struktura kvantové jímky, v níž jsou naskládány InGaN a GaN, se používá jako jednotka vyzařující světlo. Není třeba zdůrazňovat, že tento vynález není omezen materiálem prvku vyzařujícího světlo.

Aktuální provedení poskytuje konfiguraci vhodnou pro rovinný prvek. Obr. 14A až 14D znázorňují případ, kdy se jako prvek 10 vyzařující světlo používá plochá destička GaN scintilátoru. Jak je znázorněno v části (b) Obr. 14B, Obr. 14C a Obr.14D, světlovod 11 se rozprostírá do blízkosti středu ve srovnání s provedením 7 a vyzařovací povrch 10o prvku vyzařujícího světlo je spojený s dopadovým povrchem 11i světlovodu 11.

Dále je dopadový povrch 11i světlovodu nakloněn vzhledem ke směru vyzařování elektronového svazku 101, takže normála dopadového povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo směřuje k pozorovacímu bodu MP. Dopadový povrch 11i světlovodu je nakloněný tak, že úhel θί dopadu signálových elektronů 103 na dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo činí 30 stupňů nebo méně.

Nakloněný dopadový povrch 11i rovněž účinkuje tak, že odráží světlo v prvním směru (šipka D1). Tento účinek bude popsán níže. Jak naznačuje světelný paprsek Ray 11 na Obr. 14C, světelný paprsek dopadne na světlovod 11b, znovu dopadne na prvek 10b vyzařující světlo, je odražen dopadovým povrchem 10iab prvku vyzařujícího světlo, opět dopadne na světlovod 11b a šíří se k prvku 12 přijímajícímu světlo. I když byl popsán příklad, v němž světlo znovu dopadne na prvek 10b vyzařující světlo a je odraženo dopadovým povrchem 10iab, světlo nemusí znovu dopadnout na prvek 10b vyzařující světlo a může být odraženo Fresnelovým odrazem rozhraním mezi světlovodem 11b a prvkem 10b vyzařujícím světlo pro sledování stejné trasy. Protože taková trasa existuje, nakloněný dopadový povrch 11i rovněž účinkuje tak, že odráží světlo prvním směrem (šipka D1).

V případě rovinného prvku vyzařujícího světlo, jelikož se vyzařování světla ve směru normály zvyšuje, je pravděpodobné, že se objeví trasa jako trasa světelného paprsku Ray 11, a účinek nakloněného dopadového povrchu 11i je posílen.

Jak je znázorněno na Obr. 14A a 14D, dopadové povrchy 10i prvků vyzařujících světlo jsou

- 29 CZ 2025 - 331 A3 uspořádány tak, aby trojrozměrně pokrývaly pozorovací bod MP, tj. jsou uspořádány, aby měly rozsah nejen v radiálním směru elektronového svazku 101, ale rovněž ve směru vyzařování. Aby bylo možné kombinovat roviny a trojrozměrně pokrýt pozorovací bod MP, rovinným tvarem dopadového povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo je lichoběžník mající dlouhou stranu na straně vzorku 7. I když lze uvažovat o jiných tvarech, jako je šestiúhelník, lichoběžník je výhodný k obklopení pozorovacího bodu MP bez mezery a tento tvar se snadno zpracovává, což je praktické.

Obr. 14E a Obr. 14F znázorňují příklady struktur v případě použití práškových prvků vyzařujících světlo. Jak je znázorněno na Obr. 14E, může být na substrátu 10s vyrobeném ze skla apod. vytvořen práškový film 10p a substrát 10s, na němž je práškový film 10p vytvořen, se může použít jako prvek 10 vyzařující světlo. Jak je znázorněno na Obr. 14F, práškový film 10p může být vytvořen přímo na dopadovém povrchu 11i světlovodu 11, kde vytvoří prvek 10 vyzařující světlo.

V obou případech je dopadovým povrchem 10i prvku vyzařujícího světlo povrch na vakuové straně práškového filmu (povrch na vzduchové straně nebo povrch, který není v kontaktu se substrátem či světlovodem). Když se použije substrát 10s (Obr. 14E), vyzařovací povrch 10o je povrch substrátu 10s směřující k dopadovému povrchu 11i světlovodu (povrchu uchycenému ke světlovodu 11), a když je na světlovodu 11 vytvořen film (Obr. 14F), vyzařovací povrch 10o je povrch práškového filmu směřující k dopadovému povrchu 11i světlovodu.

Je výhodné, když je dopadový povrch 10i zakryt ochranným filmem nebo hliníkovým filmem, aby nedošlo k elektrifikaci bez vystavení prášku (neznázorněno). Práškový film se vytváří přilnutím práškového fosforu 10ph. Proto dochází ke kolísání tloušťky. Průměrná tloušťka je zhruba několik μm až několik desítek μm.

V aktuálním provedení je dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo nakloněný vzhledem ke směru vyzařování elektronového svazku 101, tj. nakloněný vzhledem k prvnímu směru (šipka D1). Nicméně když se pouze uvažuje účinek odrazu světla v prvním směru, jak je popsán v provedení 1, stejného účinku lze dosáhnout například provedením dopadového povrchu 10i rovnoběžně s prvním směrem nebo nakloněním povrchu naproti dopadovému povrchu 10i ve směru vyzařování svazku vzhledem k prvnímu směru jako modifikace.

Obr. 14G znázorňuje pohled v řezu v okolí dopadového povrchu 10i u takové modifikace. Dopadový povrch 10i je rovnoběžný s prvním směrem (šipka D1), a světlovodu 11, povrch 11ir naproti dopadovému povrchu 10i ve směru vyzařování svazku je nakloněný vzhledem k prvnímu směru. V tomto případě je světlo odraženo povrchem 11ir a šíří se v prvním směru. Jak dopadový povrch 10i, tak povrch 11ir proti dopadovému povrchu 10i mohou být nakloněny vzhledem k prvnímu směru.

Jak je znázorněno na Obr. 14C, světlo vyzařované prvkem 10 vyzařujícím světlo dopadá na světlovod 11 a šíří se v prvním směru (směru šipky D1). V optickém systému obsahujícím prvek vyzařující světlo a světlovod, oblast, kde se světlo šíří v prvním směru, tvoří optickou trasu. Optická trasa, která vede světlo směrem od první optické trasy k povrchu přijímajícímu světlo (směr šipky D2), je druhá optická trasa.

V konfiguracích popsaných v provedeních 1 a 3 až 7 lze použitím konfigurace představené v tomto provedení v okolí prvku 10 vyzařujícího světlo a dopadového povrchu 11i světlovodu dosáhnout různých účinků popsaných v provedeních 1 a 3 až 7, i když je prvek vyzařující světlo rovinný. Jinými slovy je možné konfiguraci, v níž je rovinný prvek vyzařující světlo umístěn na špičkovém konci světlovodu, adekvátně aplikovat na konfigurace popsané v provedeních 1 a 3 až 7 bez ohledu na způsob rozdělení světlovodu apod. a lze dosáhnout stejných účinků.

[Provedení 9]

Různé znaky popsané v provedeních 1 až 8 se mohou používat v kombinaci podle potřeby. Příklady

- 30 CZ 2025 - 331 A3 kombinací a příklady modifikací prvků budou popsány s odkazem na Obr. 15A až 15C.

Obr. 15A je pohled znázorňující skupinu 5g detekčních prvků obsahující detekční prvek (zahrnující prvek 10b vyzařující světlo, světlovod 11b a prvek 12b přijímající světlo) mající světlovod 11, další detekční prvek (zahrnující prvek 10c vyzařující světlo, světlovod 11c a prvek 12c přijímající světlo) mající světlovod 11 a další detekční prvek (zahrnující prvek 10a vyzařující světlo a prvek 12a přijímající světlo) nemající žádný světlovod 11.

Detekční prvek nemající žádný světlovod 11 je detekční prvek mající nejkratší optickou trasu a část, kterou se světlo šíří, má rovinný tvar, který lze zpracovat a vyrobit z ploché destičky nebo disku. Protože je možné uříznout materiál destičky prvku 10 vyzařujícího světlo našikmo apod., toto provedení představuje příklad, v němž se zpracuje prvek vyzařující světlo v podobě destičky nebo disku tak, aby plnil funkci světlovodu v prvku vyzařujícím světlo.

Prvek 10a vyzařující světlo tvoří optickou trasu pro vedení světla v prvním směru (směru šipky D1) a optickou trasu pro vedení světla ve druhém směru (směru šipky D2). Prvek vyzařující světlo má tutéž funkci jako prvek 10 vyzařující světlo znázorněný v části (b) Obr. 6B a má výhody popsané v provedení 2.

U uvedených dvou detekčních prvků majících světlovod 11, jelikož je druhá optická trasa zakřivená, aby měla trojrozměrný tvar, je obtížné zpracovat prvek vyzařující světlo do takového tvaru nebo je doba zpracování dlouhá, což není praktické. Proto v případě tvaru, který nelze snadno zpracovat z deskovitého materiálu, je výhodné použít světlovod. Aktuální konfigurace je příkladem, v němž je vhodně zkombinovaná konfigurace, v níž je použit světlovod, a konfigurace, v níž není použit žádný světlovod, podle trasy šířené světla.

Obr. 15B je příklad konfigurace pro vytvoření prvního obrazu, jehož hlavním zdrojem signálu jsou rentgenové paprsky, za použití jednoho z detekčních prvků, a vytvoření druhého obrazu, jehož hlavním zdrojem signálu jsou elektrony, za použití dalšího detekčního prvku. Konkrétně v tomto příkladu prvek vyzařující světlo (například prvek 10a vyzařující světlo) určitého detekčního prvku je vyroben z radiačního materiálu majícího vysokou propustnost pro rentgenové paprsky apod., a prvek vyzařující světlo (například prvky 10b a 10c vyzařující světlo) dalšího detekčního prvku je vyroben z materiálu pro elektronové svazky.

Když je vzorek 7 ozářen elektronovým svazkem 101, jsou vygenerovány rentgenové paprsky společně se signálovými elektrony 102. Aktuální konfigurace je konfigurace k detekování signálových elektronů 102 a rentgenových paprsků jako signálů. Aby bylo možné účinně detekovat rentgenové paprsky, je výhodné použít prvek vyzařující světlo, který účinně vyzařuje rentgenové paprsky. To znamená, že k rozlišení a individuálnímu detekování rentgenových paprsků a signálových elektronů se mohou pro rentgenové paprsky a elektronové svazky použít prvky vyzařující světlo vyrobené z odlišných materiálů. Když se materiál obsahující GGAG (Gd3(AlGa)5O12), YAG^AŘO^), LuAG(Lu3AkO12), GOS(Gd2O2S), YOS(Y2O2S),

GSO(Gd2SiO5), LSO(Lu2SiO5), YSO(Y2SiO5), CWO(CdWO4), BGo(Bi4Ge3O12), CsI, Nai, YAP apod. jako základní materiál použije jako materiál prvku vyzařujícího světlo pro rentgenové paprsky, lze získat dobré charakteristiky. Některé materiály se používají pro rentgenové paprsky i pro elektrony. Navíc je možné použít jiné materiály než materiály popsané výše.

Protože elektronový svazek má menší přenosovou energii než rentgenové paprsky, je výhodné detekovat elektronový svazek pomocí dvou z prvků 10b a 10c vyzařujících světlo v blízkosti vzorku 7. Záření mající vysokou propustnost jako rentgenové paprsky se přenáší přes prvky 10b a 10c vyzařující světlo a světlovody 11b a 11c, aniž by bylo absorbováno, a dorazí k prvku 10a vyzařujícímu světlo detekčního prvku pro rentgenové paprsky, aby bylo možné detekovat rentgenové paprsky. Detekční prvek pro rentgenové paprsky dokáže efektivně detekovat pouze rentgenové paprsky, aniž by detekoval elektronový svazek, díky tomu, že je materiál vyzařující světlo proveden odlišně mezi stranou blízko ke vzorku a stranou daleko od vzorku, a prvek

- 31 CZ 2025 - 331 A3 vyzařující světlo pro detekování rentgenových paprsků je uspořádaný na straně vzdálené od vzorku.

Pomocí takové konfigurace lze rozlišit a detekovat rentgenové paprsky a elektronové svazky. To znamená, že je možné vytvořit obraz SEM pouze z rentgenových paprsků pomocí určitého detekčního prvku a obraz SEM hlavně z elektronových svazků pomocí dalšího detekčního prvku.

Ačkoliv je materiál prvku vyzařujícího světlo odlišný mezi rentgenovými paprsky a elektronovým svazkem, vynález se na to neomezuje a může být použit tentýž materiál, protože YAP, YAG apod. se může použít jak pro elektronový svazek, tak pro rentgenové paprsky.

Navíc detekční prvek pro rentgenové paprsky neobsahuje světlovod. Důvodem je zvětšení délky prvku 10a vyzařujícího světlo ke zvýšení plochy dopadového povrchu a zvýšení velikosti signálu, protože záření přenáší různé látky zahrnující vzorek 7 a je vyzařováno do širokého rozsahu. Prvek 10a vyzařující světlo má optickou trasu, která šíří světlo k prvku 12a přijímajícímu světlo (ve směru šipky D1) nacházejícímu se v umístění oddělenému od prvku 10a vyzařujícího světlo v prvním směru, a potom šíří světlo k povrchu 12ia přijímajícímu světlo (ve směru šipky D2) přes odrazivý povrch 10ra. Detekční prvek pro rentgenové paprsky může rovněž obsahovat světlovod.

Navíc, ačkoliv je prvek vyzařující světlo pro efektivní detekování rentgenových paprsků uspořádaný na straně nejdále od vzorku, protože signálové elektrony 102 jsou detekovány na dopadovém povrchu 10i na špičkovém konci prvku vyzařujícího světlo, jsou možná i jiná uspořádání. Například při změně délky v radiálním směru se může prvek 10b vyzařující světlo nacházející se v mezilehlé pozici používat pro rentgenové paprsky a prvek 10c vyzařující světlo nejblíže ke vzorku se může používat pro rentgenové paprsky. To, která pozice se použije pro rentgenové paprsky, se může nastavit na optimální polohu podle situace při zohlednění tvaru dopadového povrchu.

Taková konfigurace pro detekování rentgenových paprsků a elektronového svazku zároveň se realizuje uspořádáním množiny prvků vyzařujících světlo ve směru vyzařování svazku, odděleně poskytující prvek vyzařující světlo pro detekci rentgenových paprsků a prvek vyzařující světlo pro detekování elektronového svazku, upořádáním prvků přijímajících světlo v prvním směru a zařazením optického systému pro individuální šíření světla z každého prvku vyzařujícího světlo ke každému prvku přijímajícímu světlo. To znamená, že konfigurace skupiny detekčních prvků popsaná v provedení 9 umožňuje simultánní detekci různých kvant (v tomto případě rentgenových paprsků a elektronového svazku), a konfigurace podle provedení 2 se výhodněji používá pouze pro detekční prvek pro rentgenové paprsky.

Dále je výhodné používat množinu typů prvků vyzařujících světlo a účinku zlepšení efektivity detekce se dosáhne použitím jak prvku vyzařujícího světlo pro rentgenové paprsky, tak prvku vyzařujícího světlo pro elektronový svazek. Navíc je výhodné používat detekční prvek nejdále od vzorku pro rentgenové paprsky a v souladu s tím je možné dosáhnout účinků snížení pravděpodobnosti, že elektronový svazek dopadne na prvek vyzařující světlo pro rentgenové paprsky, a vygenerování pouze obrazu pro rentgenové paprsky.

Obr. 15C znázorňuje příklad konfigurace, v níž je tvar průřezu světlovodu 11 zakřivený. V tomto případě tvary průřezu prvku 10 vyzařujícího světlo a světlovodu 11 nemusí mít roviny zcela rovnoběžné s prvním směrem (šipka D1). Nicméně protože je povrch 12i přijímající světlo prvku přijímajícího světlo umístěn v poloze oddělené od dopadového povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo v prvním směru a povrch 12i přijímající světlo se nachází na straně, kde elektronový svazek 101 letí na prvek 10 vyzařující světlo, optická trasa spojující dopadový povrch 10i a povrch 12i přijímající světlo zahrnuje optickou trasu, v níž světlo postupuje v prvním směru, a optickou trasu, v níž světlo postupuje ve druhém směru.

Když je tvar průřezu zakřivený, je obtížné přesně oddělit první optickou trasu a druhou optickou

- 32 CZ 2025 - 331 A3 trasu, ale například je možná následující definice. Ve světlovodu 11 je první optická trasa, která vede světlo v prvním směru, vytvořena v blízkosti radiálně vnitřní koncové části elektronového svazku 101. Na druhou stranu ve světlovodu 11 je druhá optická trasa, která vede světlo ve druhém směru, vytvořena v blízkosti radiálně vnější koncové části elektronového svazku 101. Zbývající část (část mezi první optickou trasou a druhou optickou trasou) je možné považovat za optickou trasu spojující první optickou trasu a druhou optickou trasu.

Tímto způsobem je možné říct, že světlovod 11 tvoří alespoň část druhé optické trasy. V příkladu z Obr. 15C světlovod 11 rovněž tvoří první optickou trasu, ale první optická trasa může být tvořena prvkem vyzařujícím světlo. Dále může být prvkem vyzařujícím světlo tvořena část druhé optické trasy (konkrétně oblast na straně první optické trasy) a celá optická trasa zahrnující první optickou trasu a druhou optickou trasu může být tvořena prvkem vyzařujícím světlo (to znamená, že se světlovod nepoužívá).

Možné jsou i jiné definice. Jak je znázorněno na Obr. 15C, první optická trasa se může rozprostírat od dopadového povrchu 10i v prvním směru (šipka D1) k průsečíku s prvkem 10 vyzařujícím světlo nebo světlovodem 11 a druhá optická trasa se může rozprostírat od uvedeného průsečíku k povrchu 12i přijímajícímu světlo. Tato definice v zásadě platí, když tvar průřezu je přímka.

Na Obr. 15C je druhý směr (šipka D2) představován přímkou, ale v případě, kdy tvarem průřezu je komplikovanější tvar křivky, může druhý směr protínat průřez a nelze jej jasně definovat. V tomto případě může být optická trasa od průsečíku k povrchu 12i přijímajícímu světlo rovněž nastavena jako druhá optická trasa podobným způsobem.

Navíc může být tato definice provedena postupem popsaným v provedení 1 apod. nebo podle charakteristik optické trasy. Když jsou koncepty a charakteristiky stejné, může se použít adekvátní způsob definice podle tvaru. Například může být druhá optická trasa v umístění, kde se začne množství světla šířícího se ve směru odlišném od prvního směru zvyšovat.

Konkrétně když bude tloušťka detektoru zhruba stejná nebo nepatrně větší než velikost prvku 12 přijímajícího světlo (v aktuálním provedení je velikost prvku přijímajícího světlo 3,4 mm a tloušťka detektoru je 3 mm až 7 mm), vzdálenost šíření světla v prvním směru bude delší než vzdálenost šíření ve směru kolmém na první směr. To vyplývá z toho, že světlo se nemůže rozptylovat v tloušťkovém směru, protože detektor je tenký, a světlo se tedy šíří v prvním směru, aby se světlo rozptýlilo.

Každý ze světlovodů (11a, 11b a 11c) na Obr. 15C má optickou trasu pro šíření světla v prvním směru (šipka D1) a optickou trasu pro šíření světla ve druhém směru (šipka D2). Zda bude tvarem průřezu zakřivený povrch nebo přímka, je možné adekvátně zvolit podle polohového vztahu mezi pozicí dopadového povrchu 10i prvku vyzařujícího světlo a povrchu 12i přijímajícího světlo prvku přijímajícího světlo. V každém případě jsou prvky vyzařující světlo soustředěny uprostřed, prvky přijímající světlo jsou uspořádány v umístěních oddělených od prvků vyzařujících světlo v prvním směru a optický systém obsahující světlovody a prvky vyzařující světlo má první optickou trasu a druhou optickou trasu.

Tvar každého ze světlovodů má odrazivý povrch 11r směřující k povrchu 12i přijímajícímu světlo a odrazivý povrch 11r odráží v druhém směru část světla postupujícího v prvním směru. Bude popsaná normála odrazivého povrchu 11r. Odrazivý povrch 11r je povrch, jehož normála není kolmá na první směr. Mezi vektory normál odrazivého povrchu, když je směr k vnější straně světlovodu definován jako normála Nr, normála Nr je nakloněná radiálně směrem ven.

[Modifikace provedení 1]

Obr. 15D znázorňuje jednu modifikaci provedení 1. Ačkoliv jsou povrch 12i přijímající světlo a první směr (šipka D1) v podstatě vzájemně rovnoběžné na Obr. 2A a 2B provedení 1, povrch 12i

- 33 CZ 2025 - 331 A3 přijímající světlo a první směr mohou být vzájemně nakloněné, jak je popsáno výše. Jako příklad náklonu do krajní polohy mohou být prvky přijímající světlo uspořádané ve vertikálním směru tak že jsou první směr (šipka D1) a povrch 12i přijímající světlo v podstatě kolmé na sebe. Když jsou první směr a povrch 12i přijímající světlo v podstatě kolmé na sebe, koncepce detekování signálových elektronů 102 uprostřed a šíření a rozptylování světla v prvním směru je stejný a dosáhne se stejných účinků, jako jsou popsané v provedení 1 apod. Nicméně protože se druhý směr shoduje s prvním směrem, konfigurace se od provedení 1 liší.

Velký rozdíl mezi konfigurací Obr. 15D a konfiguracemi Obr. 2A a 2B spočívá v tom, že povrch 12i přijímající světlo prvku 12 přijímajícího světlo směřuje ke středu a světlo se šíří v prvním směru a dosáhne povrchu 12i přijímajícího světlo. Jinými slovy se může říct, že normála povrchu 12i přijímajícího světlo je v podstatě rovnoběžná s prvním směrem a elektronový svazek 101 je namířen určitým směrem (radiálně dovnitř).

V této modifikaci detektor 5 má průhlednou oblast (oblast tvořenou prvkem 10 vyzařujícím světlo a světlovodem 11), která šíří světlo z dopadového povrchu 10i prvku 10 vyzařujícího světlo, na nějž dopadají signálové elektrony 102, na povrch 12i přijímající světlo prvku 12 přijímajícího světlo podobným způsobem jako u výše popsaných provedení.

Na Obr. 15D má prvek 12 přijímající světlo elektrodu na postranní ploše a je nainstalovaný na instalačním substrátu 13 připájením apod. Jako další způsob instalace je prvek 12 přijímající světlo nainstalován na instalačním substrátu 13 pomocí kovového úchytu ve tvaru L, aby mohl vystupovat vertikálně vzhledem k instalačnímu substrátu 13. Když se použije kovový úchyt ve tvaru L apod., elektrické připojení se může provést pomocí přívodního drátu. V takové konfiguraci, jelikož světlo šířící se v prvním směru dosáhne povrchu 12i přijímajícího světlo, aniž by změnilo směr, je efektivita využití světla vylepšena. Dále, protože mezi instalačním substrátem 13 a první optickou trasou není žádný prvek přijímající světlo či první optická trasa, detektor je možné adekvátně vyrobit tenčí (axiální rozměr se může zmenšit).

Ačkoliv je normála povrchu 12i přijímajícího světlo rovnoběžná s prvním směrem v příkladu Obr. 15D, normála nemusí být přesně rovnoběžná s prvním směrem. Například může normála povrchu 12i přijímajícího světlo svírat úhel 10 stupňů nebo méně, 20 stupňů nebo méně, 30 stupňů nebo méně, 45 stupňů nebo méně s prvním směrem a efektivita využití světla se může zvyšovat podle úhlu. Ačkoliv souvisí s tvarem dopadového povrchu 10i apod., v mnoha případech je efektivita využití světla maximalizovaná, když je normála povrchu 12i přijímajícího světlo rovnoběžná s prvním směrem.

[Modifikace provedení 2]

Obr. 15E znázorňuje jednu modifikaci provedení 1. Aktuální konfiguraci je rovněž možné považovat za příklad získaný dalším modifikováním modifikace znázorněné na Obr. 15D. Ačkoliv povrch 12i přijímající světlo a první směr (šipka D1) jsou v podstatě vzájemně rovnoběžné v provedení 2 (Obr. 6A a 6B), povrch 12i přijímající světlo a první směr mohou být nakloněné, jak je popsáno níže. Jako příklad naklonění do krajního limitu mohou být prvky přijímající světlo uspořádány ve vertikálním směru tak, že první směr a povrch 12i přijímající světlo jsou v podstatě kolmé na sebe.

Obr. 15E znázorňuje příklad, v němž v konfiguraci popsané na Obr. 15D není žádný světlovod. Výhoda vytvoření prvku 12i přijímajícího světlo kolmého na první směr, odpovídá popisu s odkazem na Obr. 15D. Jak je popsáno v provedení 2 (Obr. 6A a 6B), účinek vypuštění světlovodu 11 je, že protože světlovod 11 není použit, odpadá krok spojení mezi světlovodem a prvkem vyzařujícím světlo nebo mezi světlovodem a prvkem přijímajícím světlo, takže montáž je snadná, a že protože počet rozhraní je snížen o jedno, lze předejít poklesu efektivity využití světla v důsledku odrazu na rozhraní.

- 34 CZ 2025 - 331 A3

Ačkoliv normála povrchu 12i přijímajícího světlo je rovnoběžná s prvním směrem v příkladu na Obr. 15E, normála nemusí být přesně rovnoběžná s prvním směrem. Například může normála povrchu 12i přijímajícího světlo svírat úhel 10 stupňů nebo méně, 20 stupňů nebo méně, 30 stupňů nebo méně, 45 stupňů nebo méně s prvním směrem a efektivita využití světla se může zvyšovat podle úhlu. Ačkoliv souvisí s tvarem dopadového povrchu 10i apod., v mnoha případech je efektivita využití světla maximalizovaná, když je normála povrchu 12i přijímajícího světlo rovnoběžná s prvním směrem.

[Provedení 10]

Provedení 1 až 9 popisují detektory schopné efektivně detekovat kvanta jako signálové elektrody nebo záření vyzařovanou z pozorovacího bodu a vydávat elektrický signál bez nasycení, i když se množství kvant jako signálových elektronů nebo záření dopadajících na detektor zvýší. Protože za pomoci detektorů je možné realizovat více funkcí, budou funkce popsány v provedení 10.

Provedení 10 poskytuje měřicí zařízení obsahující detektor podle provedení 7. V provedení 6 je použit detekční prvek 5e pro každý azimutální úhel, aby bylo umožněno rozlišování azimutálního úhlu. Dále je v provedení 7 množina prvků 10 vyzařujících světlo uspořádána ve směru vyzařování svazku a jeden detekční prvek je nainstalovaný pro každý polární prvek, takže je možné provádět rozlišování polárního úhlu navíc k rozlišování azimutálního úhlu. To znamená, že v provedení 10 je množina prvků 10 vyzařujících světlo uspořádaných ve směru vyzařování svazku, a když je azimutální úhel definován se směrem vyzařování svazku jako středovou osou, množina prvků 10 vyzařujících světlo je rovněž uspořádána ve směru azimutálního úhlu.

V provedení 6 mohou být signály signálových elektronů 102 vydávány individuálně z 12 detekčních prvků, a v provedeních 7 a 8 mohou být signály signálových elektronů 102 vydávány individuálně z 36 detekčních prvků. V tomto případě vzhledem ke všem signálovým elektronům 102 dopadajících na detektor, počet signálových elektronů 102 dopadajících na každý detekční prvek je příslušně 1/12 a 1/36. Například v případě, kdy počet signálových elektronů je 1/36, když se velikost elektronového svazku 101 nezvýší a používá se při cca. 1 nA. nebo méně, interval mezi signálovými elektrony 102 dopadajícími na každý detekční prvek je zhruba několik desítek až několik stovek ns.

Na druhou stranu reakční doba od okamžiku, kdy signálové elektrony 102 dopadnou na prvek 10 vyzařující světlo za účelem vyzařování světla, do konce vyzařování je zhruba několik desítek až několik stovek ns. Tato reakční doba je reakční doba, kterou detektor potřebuje k detekci jednoho signálového elektronu 102. Při použití prvků, jež dokážou provádět individuální detekci jako v provedeních 6 až 8, lze interval signálových elektronů 102 dopadajících na každý detekční prvek prodloužit, aby byl delší než reakční doba, a signálové elektrony 102 lze detekovat jako diskrétní pulzní signály. To znamená, že počet signálových elektronů 102 je možné spočítat jako počet pulzních signálů podle ozařovací polohy elektronového svazku 101, obraz SEM je možné vytvořit spočítáním pulzů (počet signálových elektronů) a viditelnost je možné zlepšit pomocí nového pozorovacího obrazu.

Dále v případě detektoru, v němž je efektivita využité světla dostatečně zvýšená za pomoci techniky zlepšení efektivity využití světla popsané v aktuálním popisu, protože výška pulzu a energie signálových elektronů 102 jsou přibližně vzájemně proporcionální, energii signálového elektronu 102 lze měřit na základě výšky pulzu a signál je možné rozlišit podle energie signálového elektronu 102. Rozlišení signálu podle energie se nazývá energetické rozlišení, Alternativně se může provádět rozlišení výšky pulzu tak, že se rozlišuje signál podle výšky pulzu pulzního signálu.

Za použití detektoru schopného provádět individuální detekci a majícího vysokou efektivitu využití světla, jak je uvedeno v provedeních 6 až 8, lze provádět nejen počítání pulzů, ale také energetické rozlišování. Provedením energetického rozlišení lze zlepšit kontrast obrazu a lze získat informace v hloubkovém směru cíle pozorování, takže se může dále zlepšit viditelnost.

- 35 CZ 2025 - 331 A3

Když je efektivita využití světla nízká, pravděpodobnost, že vyzářené fotony dosáhnou prvku 12 přijímajícího světlo je nízká, a tak kolísání počtu fotonů, které dorazí k prvku 12 přijímajícímu světlo je velké. Protože počet fotonů signálových elektronů majících blízkou energii se příliš nemění, není možné rozlišit rozdíl v počtu fotonů, když je efektivita využití energie nízká. To znamená, že když je efektivita využití světla nízká, energetické rozlišení se zhoršuje a rozlišování energie není možné provádět.

Jeden příklad konfigurace měřicího zařízení podle provedení 10 bude popsán s odkazem na Obr. 16A až 16C. Obr. 16A. znázorňuje část detektoru. Každý prvek 12 přijímající světlo je zapojen tak, aby individuálně vysílal elektrický signál do detekčního obvodu 15. Obecně je proudový signál vydáván prvkem 12 přijímajícím světlo. Proudový signál se převede na snadno zpracovatelný napěťový signál a je zesílen detekčním obvodem 15. Dále detekční obvod 15 podle aktuálního provedení digitalizuje získaný napěťový signál převodem analogového signálu na digitální a uloží digitalizovaný napěťový signál do úložného zařízení (neznázorněného) umístěného v systémové řídicí jednotce 8 apod.

Obr. 16B je diagram znázorňující napěťový signál Sv generovaný detekčním obvodem 15. Vertikální osa představuje napětí a horizontální osa představuje čas. Obr. 16B znázorňuje příklad, v němž je velikost elektronového svazku 101 dostatečně malá a udává pět pulzních signálů odpovídajících pěti signálovým elektronům 102.

Šířka PW pulzu udává přibližnou reakční dobu detekčního prvku a výška PH pulzu udává množství proporcionální k energii signálového elektronu 102. Proto je energii signálového elektronu 102 možné měřit změřením výšky PH pulzu. Nicméně přísně vzato, když se vytvoří histogram výšky PH pulzu a okolí vrcholu histogramu se přizpůsobí pomocí Gaussovské distribuce bez šumů na spodní straně pulzu, průměr hodnot výšky pulzu je proporcionální k energii signálového elektronu.

Jak je znázorněno na Obr. 16B, když je interval PI pulzu delší než reakční doba detekčního prvku, tj. šířka PW pulzu, je možné výšku PH pulzu přesně měřit. Když množina signálových elektronů 102 dopadne v rámci reakční doby detekčního prvku, množina pulzních signálů se bude vzájemně překrývat. Když bude počet dopadajících signálních elektronů během reakční doby dostatečně velký, napěťový signál Sv se změní na plynulou křivku a pulzy nebude možné rozlišit od sebe.

Jak bylo popsáno v provedení 6 až 8 při konfiguraci, v níž je uspořádána množina detekčních prvků a elektrické signály je možné individuálně vysílat z detekčních prvků, lze snížit počet signálových elektronů dopadajících na jeden detekční prvek a prodloužit interval PI pulzu v každém detekčním prvku. To umožňuje měřit výšku PH pulzu omezením překrývání pulzů a měřit energii signálového elektronu 102. To znamená, že s konfiguracemi popsanými v provedeních 6 až 8 lze nejen předcházet nasycení množství signálu v prvku 10 vyzařujícím světlo, ale je také možné provádět energetické rozlišení signálových elektronů 102.

V elektronovém mikroskopu signálové elektrony rozptýlené v hluboké pozici vzorku 7 ztrácejí více energie než signálové elektrony předtím, než signálové elektrony dopadnou na vzorek 7. Proto energie signálových elektronů obsahuje informace o struktuře vzorku 7 v hloubkovém směru. Jak bylo popsáno výše, zejména v případě polovodičového kontrolního zařízení, protože polovodičová struktura je v posledních letech trojrozměrná, je důležité pozorovat trojrozměrnou strukturu. Proto, aby se získaly informace v hloubkovém směru, je důležité využívat energetické informace signálových elektronů 102. Dále protože se energetické spektrum signálových elektronů 102 mění v závislosti na distribuci složení vzorku, energie signálových elektronů obsahuje informace o složení vzorku 7 a lze pozorovat distribuci složení.

Energetické informace signálových elektronů se získávají provedením rozlišení výšky pulzů za použití aktuálního detektoru majícího množinu detekčních prvků schopných individuálně detekovat výše popsané signály, a dosáhne se účinku zlepšení viditelnosti v okamžiku pozorování

- 36 CZ 2025 - 331 A3 struktury v hloubkovém směru nebo se získá distribuce složení vzorku 7. Například v případě, kdy měřicí zařízení jako SEM obsahuje množinu detekčních prvků, z nichž každý obsahuje alespoň prvek vyzařující světlo a prvek přijímající světlo a dokáže individuálně detekovat signály, obraz se vytvoří na základě informací týkajících se energie nebo počtu signálových elektronů, a tak uživatel může vizuálně rozpoznat strukturu apod. v hloubkovém směru v obrazu uspokojivěji.

V provedeních 1 až 8 je dopadový povrch 10i prvku vyzařujícího světlo kulový povrch apod., úhel θί dopadu je malý a energie signálových elektronů je dostatečně absorbovaná a tyto konfigurace jsou vhodné pro energetické rozlišování. Je to proto, že v energetickém rozlišování je energie signálových elektronů absorbovaná do nejvyšší možné míry a energie se měří na základě množství vyzařovaného světla generovaného danou energií, ale když se množství vyzařovaného světla změní v závislosti na úhlu dopadu, je nejasné, zda se má rozlišovat energie nebo úhel. Proto je v případě rozlišování energie potřeba, aby úhel θi dopadu byl malý a je obzvláště výhodné nastavit úhel θi dopadu tak, aby byl menší než 30 stupňů.

Obr. 16C znázorňuje příklad grafického uživatelského rozhraní 16 (GUI), když je viditelnost zlepšená na základě energetického rozlišení (rozlišení výšky pulzu). Toto GUI je GUI, když se provádí energetického rozlišení za použití detektoru popsaného v provedení 7. Směr azimutálního úhlu je rozdělen na 12 směrů a směr polárního úhlu je rozdělen na tři směry. Nahoře v GUI je znázorněn filtrační obraz 16a vytvořený pomocí energetického rozlišení a obraz 16b využívající všechny signály. Na základě těchto obrazů se může zlepšit viditelnost filtračního obrazu, jak je popsáno níže.

Tento příklad je příklad zobrazení, když je vzorek 7 ozářen elektronovým svazkem 101 50 keV, a maximální energie signálových elektronů 102 je 50 keV, což je stejné jako energie elektronového svazku 101.

Tři grafy uprostřed GUI znázorňují energetická spektra detekčních prvků a příslušně udávají spektrum 16c, spektrum 16d a spektrum 16e. V tomto příkladu je spektrum 16c spektrum získané zprůměrováním spekter detekovaných detekčními prvky na radiálně vnější straně ve 12 směrech azimutálního úhlu. Podobně spektra 16d a 16e jsou spektra odpovídající signálovým elektronům detekovaným detekčním prvkem v radiálně mezilehlé poloze a detekčním prvkem na radiálně vnější straně. To znamená, že spektrum 16c je spektrum odpovídající signálovým elektronům 102 detekovaným, když signálové elektrony 10N letí směrem s malým polárním úhlem, a spektra 16d a 16e jsou spektra odpovídající signálovým elektronům detekovaným, když signálové elektrony letí příslušně směrem s mezilehlým polárním úhlem a směrem s velkým polárním úhlem. Díky zobrazení spektra pro každý polární úhel se energetické rozlišení a rozlišení polárního úhlu snadno provádí zároveň. Prostřední graf může být vytvořen pro každý prvek přijímající světlo. Dále může být vydána číselná hodnota do souboru apod. jako data spektra.

Ve třech grafech zobrazených uprostřed GUI horizontální osa představuje energii a vertikální osa představuje frekvenci detekce signálových elektronů odpovídající každé energii. Horizontální osa představuje hodnotu týkající se energie jako hodnotu výšky pulzu. Plná čára a přerušovaná čára v každém grafu jsou energetická spektra v pozicích označených kroužkem a trojúhelníkem ve filtračním obraze. V aktuálním příkladu je materiál vzorku odlišný mezi pozicemi označenými kroužkem a trojúhelníkem.

Energetické pásmo použité k vytvoření filtračního obrazu se volí za použití energetických spekter. Energetické pásmo použité k vytvoření obrazu se nachází mezi tečkovanou čarou 16j a čerchovanou čarou 16k s jednou tečkou. V aktuálním příkladu ve spektrech 16c a 16d, protože frekvence kroužku (pevná čára) je vyšší než frekvence trojúhelníku (přerušovaná čára) ve všech energetických pásmech, signály ve všech energetických pásmech se získávají ke zvýšení kontrastu. Ve spektru 16e tečkovaná čára 16j představující dolní limit je nastavena na energii větší než průsečík mezi frekvencí kroužku a frekvencí trojúhelníku, takže frekvence kroužku je větší než

- 37 CZ 2025 - 331 A3 frekvence trojúhelníku pouze v jedné oblasti. Čerchovaná čára 16k s jednou tečkou představující horní limit je nastavena na hodnotu mírně menší, než je maximální hodnota energie, aby se vyloučila oblast mající malý frekvenční rozdíl.

Není třeba zdůrazňovat, že se způsob volby energetického pásma pro vytvoření obrazu na uvedený způsob neomezuje a že existují různé algoritmy. Tyto algoritmy je možné realizovat jako programy a zabudovat do přístroje 1 pracujícího se svazkem nabitých částí nebo programy (včetně skriptu, makra apod.) popisující tyto algoritmy je možné načíst a provést později. Přístroj 1 pracující se svazkem nabitých částic může obsahovat procesor a procesor může provádět program zajišťující, že přístroj 1 pracující se svazkem nabitých částic provede funkce každého provedení.

Data určená k zobrazení ve filtračním obrazu 16a se volí pomocí zaškrtávacích políček. „S“, „M“ a „H“, jež označují zaškrtávací políčka 16f, udávají datové soubory odpovídající příslušně spektrům 16c, 16d a 16e. Když se zaškrtne „H“, filtrační obraz 16a se vytvoří za použití elektrických signálů signálových elektronů 102 patřících do energetického pásma proloženého mezi tečkovanou čarou 16j a čerchovanou čarou 16k s jednou tečkou ve spektru 16e. Když se zaškrtnou všechna políčka 16f, obraz 16a se vytvoří pomocí elektrických signálů signálových elektronů 102 patřících do energetického pásma proloženého mezi tečkovanou čarou 16j a čerchovanou čarou 16k s jednou tečkou ve všech spektrech 16c, 16d a 16e.

V rozbalovacích menu 16g se volí zpracování dat ve směru azimutálního úhlu pro vytvoření spekter 16c, 16d a 16e. Na Obr. 16C je zvolen „průměr“ pro zprůměrování spekter ve 12 směrech azimutálního úhlu. Alternativně je rovněž možné zprůměrovat pouze spektra části detekčních prvků (například detekčních prvků patřících do skupiny 5g6 až 5g8 detekčních prvků na Obr. 11B) nebo stanovit pouze spektra detekčních prvků patřících do skupiny 5g1 detekčních prvků. Tímto způsobem lze provádět různé typy zpracování pomocí rozbalovacích menu 16g, a je možné adekvátně provádět nastavení pro zlepšení viditelnosti obrazu. Obsah rozbalovacích menu 16g může být adekvátně nastaven odborníky v oboru.

Textová pole 16h a textová pole 16i příslušně udávají minimální hodnotu a maximální hodnotu energetického pásma, když se vytváří filtrační obraz 16a, tj. hodnoty tečkované čáry 16j a čerchované čáry 16k s jednou tečkou ve spektrech 16c, 16d a 16e. Když se do těchto textových polí zadají číselné hodnoty, přístroj 1 pracující se svazkem nabitých částic může nastavit a udávat zadané hodnoty jako minimální hodnotu a maximální hodnotu energetického pásma. Alternativně, když uživatel přesune tečkovanou čáru 16j a čerchovanou čáru 16k s jednou tečkou na GUI, přístroj 1 pracující se svazkem nabitých částic může nastavit hodnoty po přesunutí jako minimální hodnotu a maximální hodnotu energetického pásma a zobrazit hodnoty v textových polích.

Je výhodné vytvořit filtrační obraz 16a s dobrou viditelností pomocí takového GUI a protože viditelnost je dobrá, je snadné zkonstruovat obraz s dobrou viditelností. V aktuálním příkladu se rozdíl ve velikosti signálu (frekvenční rozdíl) mezi pozicemi označenými kroužkem a trojúhelníkem, tj. zvýšení kontrastu, používá jako index dobré viditelnosti. Nicméně tento vynález se na to neomezuje a dobrou viditelnost je možné adekvátně nastavit na základě poměru (SNR) signálu k šumu, poměru (CNR) kontrastu k šumu apod.

Navíc se GUI často ovládá ručně. Alternativně může být GUI vhodně automatizované a různé optimalizační metody jako Bayesova optimalizace, Umělá inteligence (AI) se mohou použít při provádění automatizace.

Jako v provedení 6 až 8 v měřicím zařízení majícím detektor schopný individuálně detekovat pulzy za použití GUI, které zobrazuje energetické spektrum, hodnotu vztahující se k energii jako výšku pulzu nebo položku týkající se regulace hodnoty, a zobrazuje hodnotu týkající se azimutu nebo pozice detektoru nebo položku související s ovládáním hodnoty, je možné snadno vylepšit viditelnost pomocí rozlišení energie (výšky pulzu) a rozlišení úhlu jako polárního úhlu, a tedy je možné sestavit optimální obraz.

- 38 CZ 2025 - 331 A3

Není třeba zdůrazňovat, že když je algoritmus vytvořen předem, může být použito GUI, které nebude zobrazovat ovládací GUI (zaškrtávací políčka, textové pole, rozbalovací menu apod.) a vytvoří filtrační obraz plně automatizovaně. Nicméně v okamžiku vytváření algoritmu nebo v okamžiku jemného seřizování viditelnosti je výhodné mít funkci zobrazení dat spekter nebo funkci načtení programu pro takové ovládací GUI nebo pro každý polární úhel.

GUI popsané v aktuální provedení je příklad a lze použít různé další podoby. Například GUI může být GUI specializované na rozlišení polárního úhlu nebo GUI specializované na energetické rozlišování.

Ačkoliv byl jako příklad přístroje pracujícího se svazkem nabitých částic v provedeních předkládaného vynálezu popsán elektronový mikroskop používající elektronový svazek, konkrétně skenovací elektronový mikroskop, vynález se na něj neomezuje, jak je popsáno na začátku provedení 1.

Kvantový svazek, kterým je vzorek ozářen, není omezen na elektronový svazek a může se jednat o svazek částic jako ionty nebo svazek jako rentgenové paprsky nebo gama paprsky.

Navíc detektor vyvíjí lepší účinek, když je detektorem kompaktní detektor umístěný blízko pozorovacího bodu, ale vynález se na něj neomezuje.

Pozorovací bod není omezen na pozici vzorku ozářenou svazkem vzorku a může se jednat o kolizní bod dvou svazků. Navíc je aktuální technika rovněž účinná u detektoru umístěného v pozici daleko od pozorovacího bodu, detektor umístěný v úzké části, detektor, v němž tvar vyzařovacího povrchu prvku vyzařujícího světlo a tvar povrchu přijímacího světlo prvku přijímajícího světlo jsou odlišné apod., a různé aplikace jsou představitelné.

Tento vynález se neomezuje na výše popsaná provedení a zahrnuje různé modifikace. Například byla výše uvedená provedení popsána podrobně k usnadnění pochopení tohoto vynález a tento vynález není nutně omezen na provedení obsahující všechny konfigurace popsané výše. Součást konfigurace určitého provedení může být nahrazena konfigurací z jiného provedení a část konfigurace jiného provedení může být přidána ke konfiguraci určitého provedení. Je možné přidat, vypustit nebo nahradit část konfigurací každého provedení jinými konfiguracemi.

Claims (21)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Detektor (5) zahrnující:

   prvek (10) vyzařující světlo nakonfigurovaný k vyzařování světla v důsledku kolize kvanta vyzářeného ze vzorku ozářením vzorku svazkem; a množinu prvků (12) přijímajících světlo, z nichž každý je nakonfigurovaný k přijímání světla generovaného prvkem (10) vyzařujícím světlo na povrchu přijímajícím světlo, vyznačující se tím, že povrch přijímající světlo je uspořádaný v pozici dále od svazku než prvek (10) vyzařující světlo v prvním směru protínajícím směr vyzařování svazku, povrch přijímající světlo je uspořádaný ve směru protínajícím směr vyzařování svazku, a detektor (5) tvoří první optickou trasu, která vede světlo v prvním směru a druhou optickou trasu, která vede světlo přicházející přes první optickou trasu k povrchu přijímajícímu světlo.
2. 2. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje světlovod a světlovod tvoří alespoň část druhé optické trasy.
3. 3. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje povrch, který odráží světlo, jež přichází ve směru kolmém na směr vyzařování svazku, ve směru majícím složku ve směru opačném vzhledem ke směru vyzařování svazku.
4. 4. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že v prvním směru je uspořádána množina povrchů přijímajících světlo.
5. 5. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve směru vyzařování svazku je uspořádána množina prvků vyzařujících světlo.
6. 6. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že ve směru vyzařování svazku je uspořádána množina prvků vyzařujících světlo a množina světlovodů připojených k množině prvků vyzařujících světlo mají části, jež se vzájemně překrývají ve směru vyzařování svazku.
7. 7. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že prvek vyzařující světlo, světlovod a prvek přijímající světlo jsou umístěny na stejné přímce v prvním směru.
8. 8. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že šířka světlovodu činí 1,5 násobek šířky povrchu přijímajícího světlo nebo méně.
9. 9. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že v obvodovém směru svazku je uspořádána množina prvků vyzařujících světlo.
10. 10. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že povrch přijímající světlo prvku přijímajícího světlo a světlovod jsou spojené k sobě.

    - 40 CZ 2025 - 331 A3
11. 11. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvkem přijímajícím světlo je křemíkový fotonásobič.
12. 12. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvek vyzařující světlo je uspořádaný tak, že úhel dopadu kvanta na prvek vyzařující světlo je 30 stupňů nebo méně.
13. 13. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jeden z dopadového povrchu prvku vyzařujícího světlo, na nějž dopadá kvantum, a povrchu prvku vyzařujícího světlo naproti dopadovému povrchu ve směru vyzařování svazku je nakloněn vzhledem k prvnímu směru.
14. 14. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že povrch světlovodu naproti dopadovému povrchu prvku vyzařujícího světlo ve směru vyzařování svazku je nakloněn vzhledem k prvnímu směru.
15. 15. Detektor (5) podle nároku 11, vyznačující se tím, že detektor obsahuje množinu křemíkových fotonásobičůa provozní napětí aplikovaná na uvedenou množinu křemíkových fotonásobičů jsou stejná.
16. 16. Detektor (5) podle nároku 2, vyznačující se tím, že světlovod tvoří první optickou trasu a druhou optickou trasu.
17. 17. Detektor (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že první optická trasa je vytvořena tak, aby obsahovala alespoň jeden z povrchu, který odráží světlo, jež má složku v prvním směru a složku ve směru opačném vzhledem ke směru vyzařování svazku, ve směru majícím složku v prvním směru a složku ve směru vyzařování svazkua povrchu, který odráží světlo, jež má složku v prvním směru a složku ve směru vyzařování svazku, ve směru majícím složku v prvním směru a složku ve směru opačném ke směru vyzařování svazku.
18. 18. Detektor (5) zahrnující:

    prvek (10) vyzařující světlo nakonfigurovaný k vyzařování světla v důsledku kolize kvanta vyzářeného ze vzorku ozářením vzorku svazkem;a množinu prvků (12) přijímajících světlo, z nichž každý je nakonfigurovaný na přijímání světla generovaného prvkem (10) vyzařujícím světlo na povrchu přijímajícím světlo, vyznačující se tím, že povrch přijímající světlo je uspořádaný v pozici dále od svazku než prvek (10) vyzařující světlo v prvním směru protínajícím směr vyzařování svazku, detektor (5) má průhlednou oblast pro šíření světla z povrchu prvku (10) vyzařujícího světlo, kde kvantum dopadá na povrch přijímající světlo, a normála povrchu přijímací světlo svírá úhel 45 stupňů nebo méně s prvním směrem.
19. 19. Měřicí zařízení zahrnující detektor k převodu svazku částic na elektrický signál, vyznačující se tím, že:

    detektorem je detektor (5) podle nároku 1.
20. 20. Měřicí zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že dále zahrnuje: množinu detekčních prvků, kde každý zahrnuje alespoň prvek (10) vyzařující světlo a prvek (12) přijímající světlo, a nakonfigurovanou na individuální detekování signálu, přičemž měřicí zařízení je uspořádáno pro vytváření obrazu na základě informací souvisejících s energií nebo počtem kvant.
21. 21. Přístroj pracující se svazkem nabitých částic, zahrnující detektor k převodu svazku částic na elektrický signál, vyznačující se tím, že:

    detektorem je detektor (5) podle nároku 1.