DE2542355A1 - Durchstrahlungs-raster-elektronenmikroskop mit ringscheibenfoermigem detektor - Google Patents

Durchstrahlungs-raster-elektronenmikroskop mit ringscheibenfoermigem detektor

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DE2542355A1 DE19752542355 DE2542355A DE2542355A1 DE 2542355 A1 DE2542355 A1 DE 2542355A1 DE 19752542355 DE19752542355 DE 19752542355 DE 2542355 A DE2542355 A DE 2542355A DE 2542355 A1 DE2542355 A1 DE 2542355A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München t, VPA 75 P 3795 BRD
Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop mit ringscheibenförmigem Detektor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop mit mindestens einem in Strahlrichtung hinter dem Objekt konzentrisch zur optischen Achse angeordneten ringscheibenförmigen Detektor und einer Einrichtung zur Verstärkung der Detektor-Ausgangsgröße. Derartige Detektoren werden für Dunkel'feld- oder Phasenkontrastaufnahmen verwendet (vgl. Rose, "Phase Contrast in Scanning Transmission Electron Microscopy"., Optik 39, 1974, Seiten 416 bis 436).
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, für ein Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop der genannten Art eine Kombination aus Detektor und Verstärker zu schaffen, die hochempfindlich ist und bei der das Signal-Rausch-Verhältnis groß ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Detektor ein Szintillationsdetektor ist und durch einen gekrümmten Lichtleiter, der einen Kanal für den Durchtritt eines zentralen Strahlenbündels aufweist, mit einem außerhalb des Strahls angeordneten Fotoelektronen-Vervielfacher verbunden ist.
Eine Kombination von Szintillationsdetektor und Fotoelektronen-Vervielfacher ist an sich bei Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskopen ebenfalls bekannt (Journal of Applied Physics, Bd. 39, 1968, Seiten 5861 ff.). Hierbei ist der Fotoelektronen-Vervielfacher auch durch einen kurzen (scheibenförmigen) Lichtleiter an den Szintillator angekoppelt. Szintillationsdetektoren haben nahezu ideale Eigenschaften, wenn die mittlere Zahl der Elektronen, die pro einfallendes Elektron in der Fotokathode des Fotoverviel-. fachers ausgelöst werden, sehr groß gegen 1 ist. Nach dem Stand
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Wss 22 Lo / 18.9.1975
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. 3
der Technik sind bei Anwendung moderner organischer Szintillatoren im Mittel etwa 3,3 keV Energie der einfallenden Elektronen erforderlich, um ein Fotoelektron auszulösen, wenn der Überführungsfaktor für das Lichtsignal vom Szintillator zur Fotokathode optimal ist, Szintillationsdetektoren sind dann für Elektronen mit Energien E > 40 keV nahezu ideale Detektoren und tragen kaum zum Rauschen bei. Die Erfindung schafft die Möglichkeit, diese Eigenschaften des Szintillabionsdetektors auch für ringförmige Detektoren auszunutzen.
Der Lichtleiter kann massiv sein, beispielsweise in Gestalt eines gebogenen Glasstabes, und eine Bohrung als Kanal aufweisen. In diesem Fall ist es von Vorteil, eine konvex gekrümmte Reflexionsfläche des Lichtleiters in Form eines Ellipsoids oder Paraboloids auszubilden, dessen Brennpunkt in der Eintrittsfläche des Lichtleiters liegt. Dadurch wird die Anzahl der Reflexionen im Lichtleiter klein gehalten, da ein vom Detektor ausgehender Lichtstrahl im gekrümmten Teil des Lichtleiters höchstens eine Reflexion erleidet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtleiter als Bündel aus lichtleitenden, um den Kanal herumgeführten Fasern ausgebildet. Hierbei ist sichergestellt, daß das Licht von allen Elementen der Eintrittsfläche in gleicher Weise zum Fotoelektronen-Vervielfacher übertragen wird.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; die Figuren 2 bis 4 zeigen Einzelheiten der Erfindung.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop ist die Strahlquelle mit 1 bezeichnet; sie kann beispielsweise eine Feldemissionskathode aufweisen. Der Strahl 2 wird durch eine Objektivlinse 3 auf das Objekt 4 fokussiert. Er wird durch ein Ablenksystem 5 in üblicher Weise so ausgelenkt, daß der Fokus F auf dem Objekt 4 einen aus parallelen Zeilen bestehenden Raster beschreibt. 6 ist die Gehäusewand des Mikroskops.
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Nach Durchtritt durch das Objekt 4 bildet der Strahl 2 einen Frimärstrahlkegel 2a und einen Streustrahlkegel 2b. Zur Registrierung der Intensität im Streustrahlkegel 2b, z. B. für Dunkelfeldaufnahmen, ist gemäß der Erfindung ein Szintillationsdetektor 7 vorgesehen, an dem ein Lichtleiter 8 angeschlossen ist. Der Lichtleiter 8 ist vakuumdicht durch die Gehäusewand 6 geführt und · außerhalb des Gehäuses mit einem Fotoelektronen-Vervielfacher 9 gekoppelt. Der Ausgang des Fotoelektronen-Vervielfachers 9 steuert die Helligkeit eines Bildröhren-Monitors 10, dessen Ablenksystem synchron mit dem Ablenksystem 5 betrieben ist.
Der Lichtleiter 8 weist für den Durchtritt des Primärstrahlkegels 2a einen Kanal 8a auf, der beispielsweise hohlkegelförmig gestaltet sein kann. Zur Registrierung der Intensität im Primärstrahlkegel 2a ist ein v/eiterer Detektor 12 beliebiger Art vorgesehen.
Der Lichtleiter 8 kann ζ. B. massiv ausgebildet sein, etwa in Form eines gebogenen Glasstabes. Eine derartige Ausführung ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Der Lichtleiter hat hier die Besonderheit, daß seine gekrümmte (verspiegelte) Reflexionsfläche 15 als Teil eines gestreckten Rotations-Ellipsoids ausgebildet ist, dessen einer Brennpunkt f1 in der Eintrittsfläche des Lichtleiters liegt. Dies hat zur Folge, daß Lichtstrahlen, die vom Szintillator 7 ausgehen, innerhalb der Krümmung des Lichtleiters nur einmal reflektiert werden.
Der Lichtleiter 8 kann bevorzugt durch ein Bündel aus lichtleitenden Fasern gebildet sein. Der Aufbau eines derartigen Bündels kann etwa gemäß Fig. 3 vorgenommen werden. Das hier mit 16 bezeichnete Bündel wird zunächst durch Spannringe 17, 18 zusammengefaßt und mit der erforderlichen Krümmung in eine Kastenform 19 eingebracht. Die Kastenform 19 enthält ferner ein kegelförmiges Rohr 20, das das Faserbündel 16 durchstößt. Die Kastenform 19 wird dann mit einer Vergußmasse, beispielsweise Gießharz, gefüllt. Nach Erhärten der Vergußmasse werden die Eintrittsfläche 21 und die Austrittsfläche 22 eben geschliffen. Die vorzugsweise metallischen Teile 19 und 20 können mit dem fertigen Gießkörper verbunden bleiben.
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Man kann die einzelnen Fasern des Bündels koordiniert anordnen, derart, daß eine Intensitätsverteilung auf der Eintrittsfläche 21 unverändert auf der Austrittsfläche 22 abgebildet wird. In diesem Fall ist es möglich, beispielsweise die radiale Intensität svert eilung des Streustrahlkegels 2b zu messen, indem man zwischen der Austrittsfläche 22 und dem Fotoelektronen-Vervielfacher 9 konzentrische Masken anbringt. Es kann jedoch auch genügen, die einzelnen Fasern des Bündels 16 ungeordnet zu verlegen, so daß nur das Intensitätsintegral des Streustrahlkegels 2b meßbar ist.
Die Erfindung läßt sich auch für mehrere, in einer Ebene angeordnete konzentrische Detektoren verwirklichen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 4. Hier wird jedem der ringförmigen Szintillationsdetektoren 25 und 26 ein Lichtleiter-Faserbündel 27 bzw. 28 zugeordnet, deren Fasern teilweise ineinander verflochten sind. Beide Bündel 27 und 28 weisen einen kegelförmigen Kanal 29 für den Durchtritt des Primärstrahls auf.
4 Figuren
5 Ansprüche
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    1 Λ Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop mit mindestens einem in Strahlrichtung hinter dem Objekt konzenirisch zur optischen Achse angeordneten ringscheibenförmigen Detektor und einer Einrichtung zur Verstärkung der Detektor-Ausgangsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Szintillationsdetektor (7) ist und durch einen gekrümmten Lichtleiter (8), der einen Kanal (Sa) für den Durchtritt eines zentralen Strahlenbündels (2a) aufweist, mit einem außerhalb des Strahls angeordneten Fotoelektronen-Vervielfacher (9) verbunden ist.
  2. 2. Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (8) massiv ist und eine Bohrung (8a) als Kanal aufweist.
  3. 3. Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine konvex gekrümmte Reflexionsfläche (15) des Lichtleiters (8) in Form eines Ellipsoids oder Paraboloids ausgebildet ist, dessen Brennpunkt (f1) in der Eintrittsfläche des Lichtleiters liegt.
  4. 4. Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter als Bündel (16) aus lichtleitenden, um den Kanal (20) herumgeführten Fasern ausgebildet ist.
  5. 5. Durchstrahlungs-Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Bündels (16) so geordnet sind, daß die Austrittsfläche (22) des Bündels ein Bild der Eintrittsfläche (21) darstellt.
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