DE2901867A1

DE2901867A1 - Charged-particle detector sensitive to beam spatial profile - used e.g. in electron microscope having energy-loss spectrometric facility

Info

Publication number: DE2901867A1
Application number: DE19792901867
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Techn Kraus; Hans Dr Rer Nat Rehme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-01-18
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1980-07-31

Abstract

System for detecting charged-particle beams, and which is also sensitive to beam intensity profile, uses an array of semi-conductor sensors whose output signal pattern results from discharge of space-charge capacitance. This array has its inputs fed via a particle-accelerating region from a 'channel-plate' comprising individual channel-groups each functioning as a signal-intensifier. The sensor array may be of 1- or 2-dimensional form, the channel-plate channel-group pattern being arranged correspondingly. The accelerating region may incorporate means to focus secondary electron beams from the channel-plate channels on to their corresponding sensors. The latter may be at earth potential. The system is a means of obtaining on amplified signal whose spatial distribution reproduces the 1- or 2-dimensional intensity profile of a charged particle beam, possible of very low intensity and/or energy, incident upon it. It is thereby a potentially important adjunct to high-magnification electron microscopes, electron diffraction appts. and electron energy-loss spectrometers. The expensive cooling required when photo-diode sensors are used for low-energy electron detection is with this appts. unnecessary.

Description

Orts empfindliches Detektorsystem für Korpuskular-Locally sensitive detector system for corpuscular

strahlen Die Erfindung bezieht sich auf ein orts empfindliches Detektorsystem für Korpuskularstrahlen mit Halbleiter-Sensoren, deren Ausgangssignal auf der Entladung einer Kapazität beruht.rays The invention relates to a location-sensitive detector system for corpuscular beams with semiconductor sensors, whose output signal is based on the discharge a capacity is based.

Eine ortsempfindliche Registrierung sehr schwacher Intensitäten von Korpuskularstrahlen ist bekanntlich erforderlich in der Elektronenmikroskopie bei der hochvergröBernden elektronenoptischen Abbildung und bei Elektronen-Beugungsexperimenten sowie bei der Elektronen-Energieverlust-Spektrometrie (EEVS).A location-sensitive registration of very weak intensities of Corpuscular radiation is known to be necessary in electron microscopy high-magnification electron-optical imaging and electron diffraction experiments as well as electron energy loss spectrometry (EEVS).

Als Anwendungsbeispiel wird hier die Elektronen-Energieverlust-Spektrometrie herangezogen. Sie beruht auf der Messung der Energieverluste, die ein Elektron erfährt, wenn es durch eine dünne Probe des zu untersuchenden Materials hindurchtritt. Zur Durchstrahlung der Probe dient ein Elektronenmikroskop oder auch ein Trans- missionsraster-Elektronenmikroskop. Diese sind zur Messung der Energieverluste mit einem Energiespektrometer versehen. Die Energie der Elektronen, die einen bestimmten Probenbereich durchsetzt haben, wird vom Spektrometer analysiert. Im Spektrometer, beispielsweise einem elektrostatischen zylindrischen Spiegel, werden die Elektronen des von der Membranblende selektierten Elektronenstrahls dispergiert, d.h. entsprechend ihrer Energie an verschiedene Orte gelenkt.Electron energy loss spectrometry is used here as an application example used. It is based on the measurement of the energy losses that an electron experiences, when it passes through a thin sample of the material under investigation. To the An electron microscope or a trans- mission scanning electron microscope. These are equipped with an energy spectrometer to measure the energy losses. The energy of the electrons that passed through a certain sample area, is analyzed by the spectrometer. In the spectrometer, for example an electrostatic one cylindrical mirror, the electrons are selected by the diaphragm Dispersed electron beam, i.e. in different places according to their energy steered.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein ortsempfindliches Detektorsystem fUr Elektronenstrahlen zu schaffen, mit dem die Energieverteilung von Elektronen in Elektronenstrahlen, die hier in eine drtliche Verteilung übergeführt ist, bei geringer Elektronenintensität und gegebenenfalls geringer Elektronenenergie gleichzeitig erfaßt werden kann.The invention is now based on the object of a position-sensitive To create a detector system for electron beams with which the energy distribution of electrons in electron beams, which are here converted into a local distribution is, with low electron intensity and possibly low electron energy can be detected at the same time.

Als optoelektronische Sensoren sind CCD-Bauelemente (charge coupled devices) bekannt, Lineare Anordnungen bestehen aus einer Reihe von Sensorelementen. Als Ausleseregister dienen CCDs, die den Sensorelementen parallelgeschaltet sind und seriell ausgelesen werden. Als Sensorelemente werden entweder pn-Dioden oder MOS-Kondensatoren verwendet. Durch die vom Licht erzeugten Ladungsträger wird bei den Dioden am pn-Ubergang und bei den Kondensatoren an der Halbleiteroberfläche eine Raumladungskapazität entladen (Rundfunktechnische Mitteilung 21 (1977), Seite 77).CCD components (charge coupled devices) known, linear arrangements consist of a number of sensor elements. CCDs, which are connected in parallel to the sensor elements, serve as read-out registers and read out serially. Either pn diodes or MOS capacitors used. Due to the charge carriers generated by the light, at the diodes at the pn junction and the capacitors on the semiconductor surface discharging a space charge capacity (Rundfunktechnische Kommunikation 21 (1977), p 77).

Anordnungen mit Photodioden können auch als Detektoren für hochenergetische Elektronen mit einer Energie von~ wenigstens einigen keV verwendet werden. Mit einer Kühlung der Silizium-Photodioden auf - 50 0C erscheint die Anwendung für niederenergetische Elektronen nicht aus- geschlossen (ist. Phys. Von£. Ser. No. 36 (1977), Seiten 73 bis 76). Die Kühlung erfordert aber einen verhältnismäßig großen Aufwand und ist beispielsweise bei der Registrierung von Elektronenstrahlen im Elektronenspektrometer nur mit großem Aufwand möglich.Arrangements with photodiodes can also be used as detectors for high-energy Electrons with an energy of ~ at least a few keV can be used. With a Cooling the silicon photodiodes to -50 ° C appears to be the application for low-energy Electrons not off- closed (is. Phys. From £. Ser. No. 36 (1977), pages 73 to 76). But the cooling requires a relatively large Effort and is, for example, in the registration of electron beams in the electron spectrometer only possible with great effort.

Es sind ferner sogenannte Eanalplatten bekannt, die zur Elektronenvervielfachung dienen und aus einem Raster von parallelen Kanälen mit sehr geringem Durchmesser bestehen. Die Elektronenvervielfachung beruht auf der Sekundäremission, die an einer halbleitenden Oberfläche auftritt, wenn sie von Elektronen getroffen wird. An die Enden des Kanals wird eine Spannung angelegt, so daß innerhalb des Kanals, dessen Innenwand mit einer halbleitenden Schicht versehen ist, ein elektrisches Feld entsteht. Wird die Innenseite des Kanals von einem Elektron getroffen, so werden Sekundärelektronen ausgelöst, die im elektrischen Feld beschleunigt werden und jeweils beim Auftreffen auf die Kanalwand weitere Elektronenlawinen auslösen. Am Ausgang des Kanals erhält man somit eine entsprechend erhöhte Anzahl von Elektronen. Eine sogenannte Kanalplatte enthält eine große Anzahl von Kanälen mit geringem Durchmesser, deren Mittenabstand beispielsweise weniger als 50 tum betragen kann.There are also so-called Eanal plates known which are used to multiply electrons serve and made up of a grid of parallel channels with a very small diameter exist. The electron multiplication is based on the secondary emission that occurs at a semiconducting surface occurs when it is hit by electrons. To the A voltage is applied to the ends of the channel, so that within the channel, its Inside wall is provided with a semiconducting layer, an electric field is created. If the inside of the channel is hit by an electron, it becomes secondary electrons triggered, which are accelerated in the electric field and each time they hit trigger further electron avalanches on the canal wall. Receives at the exit of the channel one thus has a correspondingly increased number of electrons. A so-called channel plate contains a large number of small-diameter channels, their center-to-center spacing for example, can be less than 50 tum.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß eine derartige Kanalplatte einer Detektoranordnung der eingangs genannten Art als Elektronenvervielfacher vorgeschaltet werden kann und die Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine lineare Anordnung von Halbleitersensoren vorgesehen ist, denen als Verstärker jeweils mindestens ein Kanal einer Kanalplatte zugeordnet ist, der die Korpuskularstrahlen mit ortsabhängiger Intensitätsverteilung zugeführt werden, und daß zwischen der Kanalplatte und den Sensoren eine Beschleunigungsstrecke vorgesehen ist. In diesem ortsempfindlichen Detektorsystem wird die mit geringer Intensität von beispielsweise höchstens 10115 A/cm2 ankommende Strahlung, vorzugsweise Elektronen, in der Kanalplatte um wenigstens das Zehntausendfache verstärkt, Anschließend wird die entsprechend erhöhte Anzahl der Elektronen in der Beschleunigungsstrecke auf eine derartige Geschwindigkeit beschleunigt, daß ihre entsprechend erhöhte Energie von vorzugsweise wenigstens 1 keV zur Registrierung durch die Sensoren und Umsetzung in ein entsprechendes elektrisches Signal in dem Detektorsystem ausreicht.The invention is based on the knowledge that such a channel plate upstream of a detector arrangement of the type mentioned as an electron multiplier can be and the invention consists in that at least one linear arrangement of semiconductor sensors is provided, each of which as an amplifier at least one Channel is assigned to a channel plate, which the corpuscular rays with location-dependent Intensity distribution are supplied, and that between the Channel plate and an acceleration path is provided for the sensors. In this location-sensitive The detector system is the one with a low intensity of, for example, a maximum of 10115 A / cm2 incoming radiation, preferably electrons, in the channel plate by at least Reinforced ten thousand times, then the correspondingly increased number of the electrons in the acceleration section to such a speed accelerates that their correspondingly increased energy of preferably at least 1 keV for registration by the sensors and conversion into a corresponding electrical Signal in the detector system is sufficient.

In der praktischen Ausfuhrungsform des Detektorsystems wird im allgemeinen eine Kanalplatte mit einer Matrix von Kanälen und dementsprechend eine zweidimensionale Anordnung von Sensoren vorgesehen sein, von denen vorzugsweise Jeweils einer einem entsprechenden Kanal der Kanalplatte zugeordnet ist.In the practical embodiment of the detector system, in general a channel plate with a matrix of channels and, accordingly, a two-dimensional one Arrangement of sensors can be provided, one of which is preferably one in each case corresponding channel of the channel plate is assigned.

Damit wenigstens annähernd alle aus einem Kanal austretenden Elektronen auf den zugeordneten Sensor des Detektorsystems auftreffen, wird die Anordnung der Sensoren nur in einem geringen Abstand von der Kanalplatte angeordnet.This means that at least almost all electrons emerging from a channel impinge on the assigned sensor of the detector system, the arrangement of the Sensors arranged only a short distance from the channel plate.

Durch das Beschleunigungsfeld zwischen der Kanalplatte und den Sensoren ergibt sich ein Bündelungseffekt auf die Elektronen. Zusätzlich können zur BUndelung der Elektronen auch noch elektronenoptische Mittel zwischen der Kanalplatte und den Sensoren vorgesehen sein, beispielsweise ein homogenes Magnetfeld, das parallel zur Elektronenstrecke gerichtet ist. Ferner können zur Bündelung elektrostatische oder elektromagnetische Immersionslinsen vorgesehen sein.Due to the acceleration field between the channel plate and the sensors there is a bundling effect on the electrons. In addition, for bundling the electrons also have electron optical means between the channel plate and the sensors be provided, for example, a homogeneous magnetic field that is parallel is directed to the electron path. Electrostatic can also be used for bundling or electromagnetic immersion lenses may be provided.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren 1 und 2 Jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Detektorsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in each of which FIGS. 1 and 2 an exemplary embodiment of a detector system is illustrated schematically according to the invention.

In der Ausführungsform eines ortsempfindlichen Detektorsystems nach Figur 1 ist eine Sensoranordnung 2 mit wenigstens einer linearen Anordnung von Haibleitersensoren 4, vorzugsweise CCD's, deren Ausgangssignal auf der Entladung einer Raumladungskapazität beruht, vorgesehen. Der Sensoranordnung 2 ist eine Kanalplatte 6 vorgeschaltet, die in der Figur wesentlich vergrößert dargestellte Kanäle 8 mit der Länge D enthält. Zwischen der Sensoranordnung 2 und der Kanalplatte 6 ist eine Gleichspannung angelegt, die zwischen diesen Bauteilen eine Beschleunigungsstrecke d fUr die aus den Kanälen 8 austretenden Sekundärelektronen 12 bildet.In the embodiment of a location-sensitive detector system according to FIG. 1 is a sensor arrangement 2 with at least one linear arrangement of semiconductor sensors 4, preferably CCDs, whose output signal is based on the discharge of a space charge capacitance based, provided. The sensor arrangement 2 is preceded by a channel plate 6, which contains channels 8 with the length D, shown substantially enlarged in the figure. A DC voltage is applied between the sensor arrangement 2 and the channel plate 6, the between these components an acceleration distance d for the out of the channels 8 emerging secondary electrons 12 forms.

Den Eingängen der Kanäle 8 werden als Korpuskularstrahlen beispielsweise Primärelektronen 10 mit einer geringen Energie von beispielsweise einigen 100 eV und geringer Strahlstromstärke von beispielsweise 10-15 A/cm2 zugeführt. Diese Primärelektronen 10 können beispielsweise aus dem elektrostatischen Spektrometer einer Einrichtung zur Elektronen-Energieverlust-Spektrometrie austreten. Die Primärelektronen 10 treten in einen der Kanäle 8 ein, zwischen deren Eingang und Ausgang eine Kanalspannung Uk angelegt ist. Sie lösen in dem Kanal Lawinen von Sekundärelektronen 12 aus, die aus dem Ausgang des Kanals austreten, in der Beschleunigungsstrecke d beschleunigt werden und auf den zugeordneten Sensor 4 auftreffen. In der Beschleunigungsstrecke d wird die Geschwindigkeit der Sekundärelektronen und damit ihre Energie soweit erhöht, daß ihre Intensität von dem Sensor 4 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt werden kann.The inputs of the channels 8 are used as corpuscular rays, for example Primary electrons 10 with a low energy of, for example, a few 100 eV and a low beam current strength of, for example, 10-15 A / cm2. These primary electrons 10 can, for example, from the electrostatic spectrometer of a facility exit to electron energy loss spectrometry. The primary electrons 10 occur into one of the channels 8, between its input and output a channel voltage Uk is laid out. They trigger avalanches of secondary electrons 12 in the channel emerge from the exit of the channel, accelerated in the acceleration distance d and impinge on the assigned sensor 4. In the acceleration section d is the speed of the secondary electrons and thus their energy so far that their intensity increased by the sensor 4 in a corresponding electrical Signal can be converted.

In Figur 1 ist eine lineare Anordnung von Sensoren 4 dargestellt, die beispielsweise zur Aufnahme eines Elektronenenergiespektrums geeignet ist, und eine Reihe von Sensorelementen, beispielsweise pn-Dioden oder auch MOS-Kondensatoren, enthält, denen die CCD-Elemente parallelgeschaltet sind. Die CCD-Elemente bilden ein Ausleseregister, das in bekannter Weise gesteuert werden kann und dessen Steuerkreise deshalb in der Figur nicht dargestellt sind. Den Sensoren 4 ist eine ebenfalls lineare Anordnung von Kanälen 8 der Kanalplatte 6 zugeordnet.In Figure 1, a linear arrangement of sensors 4 is shown, which is suitable, for example, for recording an electron energy spectrum, and a number of sensor elements, for example pn diodes or MOS capacitors, contains, which the CCD elements are connected in parallel. The CCD elements form a readout register that can be controlled in a known manner and its control circuits therefore not shown in the figure. The sensors 4 is also linear Arrangement of channels 8 of the channel plate 6 assigned.

In einer bevorzugten Ausführungsform des ortsempfindeichen Detektorßystems wird dagegen ein zweidimensionales System von Sensoren 4 vorgesehen sein, dem dann auch eine Kanalplatte 6 zugeordnet ist, die eine zweidimensionale Anordnung von Kanälen 8 in Zeilen und Spalten enthält, Die Größe der strahlungsempfindlichen Oberfläche der Sensoren 4 und ihr Abstand zueinander wird im allgemeinen so gewählt, daß Jeweils einer der Kanäle 8 einem der Sensoren 4 zugeordnet ist. Der Mittenabstand a der Detektoren 4 kann beispielsweise etwa 10 bis 50 /um, insbesondere etwa 10 bis 20 /um, betragen und wird im allgemeinen 100 /um nicht wesentlich überschreiten. Durch die Beschleunigungsspannung Ub erhält man einen Bündelungseffekt auf die aus den Kanälen 8 ungerichtet austretenden Sekundärelektronen 12, so daß mit einer verhältnismäßig geringen Beschleunigungsstrecke d wenigstens annähernd alle Sekundärelektronen 12 auf den zugeordneten Sensor auftreffen.In a preferred embodiment of the location-sensitive detector system on the other hand, a two-dimensional system of sensors 4 will be provided, which then also a channel plate 6 is assigned, which has a two-dimensional arrangement of Channels 8 in rows and columns contains, The size of the radiation-sensitive surface the sensors 4 and their distance from one another is generally chosen so that each one of the channels 8 is assigned to one of the sensors 4. The center-to-center distance a the Detectors 4 can, for example, be approximately 10 to 50 μm, in particular approximately 10 to 20 / µm, and will generally not significantly exceed 100 / µm. By the acceleration voltage Ub one obtains a bundling effect on the from the Channels 8 non-directional escaping secondary electrons 12, so that with a relatively short acceleration distance d at least approximately all secondary electrons 12 hit the assigned sensor.

Sind jeweils einem der Kanäle 8 mehrere Sensoren 4 zugeordnet, so wird der Mittenabstand a der Sensoren entsprechend kleiner gewählt. Es können aber auch Jeweils einem der Sensoren 4 mehrere Kanäle 8 zugeordnet sein.If several sensors 4 are assigned to one of the channels 8, so the center-to-center distance a of the sensors is selected to be correspondingly smaller. But it can several channels 8 can also be assigned to one of the sensors 4 in each case.

Treffen beispielsweise Primärelektronen 10 mit einer Energie von einigen 100 eV und einer Strahlstromstärke von beispielsweise 10 15 A, die im elektrostatischen Spektrometer einer Anlage zur Elektronenenergieverlust Spektrometrie auf beispielsweise 200 /um/eV mit einer Energieauflösung von einigen Zehntel eV dispergiert sind, auf die Eingänge der Kanäle 8 der Kanalplatte 6, so könnte mit einem mittleren Abstand a der Sensoren 4 und einer Länge L der linearen Sensoranordnung von beispielsweise 20 mm sowie einer entsprechenden linearen Anordnung der Kanäle 8 der Kanalplatte 6 beispielsweise ein Energiebereich von 100 eV gleichzeitig registriert werden.For example, strike primary electrons 10 with an energy of a few 100 eV and a beam current of, for example, 10 15 A, which in the electrostatic Spectrometer of a facility for electron energy loss spectrometry on for example 200 / µm / eV are dispersed with an energy resolution of several tenths of eV the inputs of the channels 8 of the channel plate 6, so could with a medium distance a of the sensors 4 and a length L of the linear sensor array of, for example 20 mm and a corresponding linear arrangement of the channels 8 of the channel plate 6, for example, an energy range of 100 eV can be registered at the same time.

Mit einer Ausführungsform des ortsempfindlichen Detektorsystems nach der Erfindung als zweidimensionale Anordnung von Sensoren 4 und einer Kanalplatte 6 mit einer zweidimensionalen Anordnung von Kanälen 8 enthält, kann die Intensitätsverteilung ankommender Primärelektronen 10 über einer Fläche, beispielsweise ein Elektronenbild oder ein Elektronen-Beugungsbild, simultan registriert werden.With one embodiment of the location-sensitive detector system according to of the invention as a two-dimensional arrangement of sensors 4 and a channel plate 6 with a two-dimensional arrangement of channels 8 contains, the intensity distribution incoming primary electrons 10 over a surface, for example an electron image or an electron diffraction image, can be registered simultaneously.

In der Ausführungsform des ortsempfindlichen Detektorsystems nach Figur 2 ist die Beschleunigungsstrecke d zwischen der Sensoranordnung 2 und der Kanalplatte 6 wesentlich größer gewählt. In dieser Ausführungsform können dann zusätzliche Maßnahmen zur Bündelung der Sekundärelektronen 12 vorgesehen sein. Diese Bündelung erhält man beispielsweise durch das homogene Magnetfeld einer Spule 14, von der lediglich einige einzelne Windungen in der Figur angedeutet sind.In the embodiment of the location-sensitive detector system according to Figure 2 is the acceleration distance d between the sensor arrangement 2 and the Channel plate 6 chosen to be much larger. In this embodiment, additional Measures for bundling the secondary electrons 12 can be provided. This bundling is obtained, for example, by the homogeneous magnetic field of a coil 14 from which only a few individual turns are indicated in the figure.

Ferner ist die Verwendung anderer elektronenoptischer Mittel zur elektronenoptischen Abbildung der aus den Kanälen 8 austretenden Sekundärelektronen 12 auf dem zugeordneten Sensor 4 möglich. Diese elektronenoptische Abbildung erhält man beispielsweise durch elektrostatische oder auch elektromagnetische Immersionslinsen.Furthermore, the use of other electron-optical means to electron-optical Illustration of the Channels 8 escaping secondary electrons 12 on the assigned sensor 4 is possible. This electron-optical image is preserved for example by electrostatic or electromagnetic immersion lenses.

In der Ausführungsform des Detektorsystems nach Figur 2 mit einer großen Beschleunigungsstrecke d zwischen der Detektoranordnung 2 und der Kanalplatte 6 und zusätzlicher Fokussierung der Sekundärelektronen 12 in der Beschleunigungsstrecke d kann zwischen der Kanalplatte 6 und der Sensoranordnung 2 eine hohe Beschleunigungsspannung von beispielsweise Ub s 60 kV angelegt werden.In the embodiment of the detector system of Figure 2 with a large acceleration distance d between the detector arrangement 2 and the channel plate 6 and additional focusing of the secondary electrons 12 in the acceleration section d can have a high acceleration voltage between the channel plate 6 and the sensor arrangement 2 for example Ub s 60 kV are applied.

Die Sensoranordnung 2 kann sich dabei auf niedrigem Potential, insbesondere Erdpotential, befinden, so daß auch die zugeordnete, in der Figur nicht dargestellte Elektronik auf Erdpotential liegen kann. Damit ist auch eine zusätzliche Kühlung der Sensoranordnung 2 mit einer entsprechenden Erhöhung der Empfindlichkeit der Sensoren 4 möglich.The sensor arrangement 2 can be at a low potential, in particular Ground potential, so that the associated, not shown in the figure Electronics can be at ground potential. This also provides additional cooling the sensor arrangement 2 with a corresponding increase in the sensitivity of the 4 sensors possible.

An die beiden Flächen der Kanalplatte 6 nach Figur 1 mit der Dicke D = 1 mm sei eine Kanalspannung UK - 1 kV angelegt. Kommen die aus den Kanälen 8 austretenden Sekundärelektronen 12 beispielsweise etwa aus einer Tiefe, die dem Durchmesser der Kanäle von beispielsweise g = 12 /um entspricht, so haben diese Sekundärelektronen unter Berücksichtigung ihrer materialabhängigen Anfangsenergie von einigen eV eine Energie von etwa eUO = 15 eV. In einem Feld in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung z mit der Feldstärke Ez = = Ub/d der Beschleunigungsstrecke d durchlaufen die Elektronen in lateraler Richtung die Strecke wobei t der Austrittswinkel aus der Kanalplatte 6 ist.A channel voltage UK − 1 kV is applied to the two surfaces of the channel plate 6 according to FIG. 1 with the thickness D = 1 mm. If the secondary electrons 12 emerging from the channels 8 come, for example, from a depth that corresponds to the diameter of the channels of g = 12 μm, for example, then these secondary electrons have an energy of about eUO = 15 eV, taking into account their material-dependent initial energy of a few eV. In a field in the direction z indicated by an arrow with the field strength Ez = = Ub / d of the acceleration path d, the electrons traverse the path in the lateral direction where t is the exit angle from the channel plate 6.

Die aus einem Kanal 8 austretenden Elektronen 12 treffen auf dem im Abstand d befindlichen Sensorfeld einen Fleck vom Durchmesser Mit einer Beschleunigungsstrecke d = 1 mm und einer BeT schleunigungsspannung Ub 1. 10 kV und einem Austrittswinkel t - 450 erhält man einen Fleck der auftreffenden Elektronen auf dem zugeordneten Sensor mit dem Durchmesser a 1 120 /um. Mit einer Dispersion der eintreffenden Primärelektronen 10 von beispielsweise etwa 200 /um/eV ist damit eine Energieauflösung besser als 1 eV möglich.The electrons 12 emerging from a channel 8 hit a spot with a diameter on the sensor field located at the distance d With an acceleration distance d = 1 mm and an acceleration voltage Ub 1. 10 kV and an exit angle t-450, a spot of the impinging electrons is obtained on the associated sensor with a diameter of a 1 120 μm. With a dispersion of the incoming primary electrons 10 of about 200 μm / eV, for example, an energy resolution better than 1 eV is possible.

In der Anordnung nach Figur 2 mit dem homogenen Magnetfeld der Spule 14 innerhalb der Beschleunigungsstrecke d erhält man die Bedingung für die Fokussierung der Sekundärelektronen 12 am Ende der Beschleunigungsstrecke, d.hc auf den Sensoren 4 aus wobei B die Induktion des zusätzlichen magnetischen Feldes der Spule 14 ist. Die laterale Abweichung vom Bildpunkt beträgt im ungünstigen Fall r = d Uo/Ub Mit einer Beschleunigungsstrecke d = 10 mm und einer Beschleunigungsspannung Ub = 10 kV sowie einer Anfangs- energie der Elektronen eUO = 15 eV erhält man einen Durchmesser der Fläche auf den Sensoren 4, auf den die Sekundärelektronen 12 auftreffen, von etwa = r 2 r + 6 40 /um.In the arrangement according to FIG. 2 with the homogeneous magnetic field of the coil 14 within the acceleration path d, the condition for focusing the secondary electrons 12 at the end of the acceleration path, i.e. on the sensors 4, is obtained where B is the induction of the additional magnetic field of the coil 14. In the worst case, the lateral deviation from the image point is r = d Uo / Ub. With an acceleration distance d = 10 mm and an acceleration voltage Ub = 10 kV and an initial energy of the electrons eUO = 15 eV, a diameter of the area on the sensors 4 is obtained , on which the secondary electrons 12 impinge, of about = r 2 r + 6 40 / µm.

Mit einer Dispersion von etwa 200 /um/eV der Primärelektronen 10 wäre damit eine Energieauflösung von 0,2 eV möglich.With a dispersion of about 200 / µm / eV the primary electrons 10 would be thus an energy resolution of 0.2 eV is possible.

In der Ausführungsform nach Figur 2 mit einer auf Hochspannung liegenden Kanalplatte 6 und einer auf Erdpotential liegenden Sensoranordnung 2 sowie einer Beschleunigungsspannung Ub " 60 kV und einer Beschleunigungsstrecke d n 20 mm und der vorgenannten Fokussierungsbedingung mit einer Induktion B von etwa 0,1 T erhält man eine Fokussierung der Sekundärelektronen 12 auf den Sensoren 4.In the embodiment according to FIG. 2 with a high voltage Channel plate 6 and a sensor arrangement 2 and a ground potential Acceleration voltage Ub "60 kV and an acceleration distance d n 20 mm and of the aforementioned focusing condition with an induction B of about 0.1T the secondary electrons 12 are focused on the sensors 4.

Im Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß die Primärelektronen 10 vom Spektrometer einer Anlage zur Elektronen-Energieverlust-Spektrometrie vorgegeben sind.In the exemplary embodiment it was assumed that the primary electrons 10 specified by the spectrometer of a system for electron energy loss spectrometry are.

Das Detektorsystem ist Jedoch allgemein anwendbar für die Registrierung der örtlichen Verteilung der Intensität von Korpuskularstrahlung, beispielsweise zur Erfassung von Elektronenbildern sowie Elektronenbeugungsbildern und Elektronenspektren. So kann es beispielsweise verwendet werden für die integrale Registrierung des Elektronen-Beugungsbildes in einem Raster-Transmissions-Elektronenmikroskop (STEM) zur Verbesserung des Signal/Untergrundverhältnisses im Vergleich zur Rasterbeugung. Außerdem ist es vorteilhaft anwendbar für die Bildregistrierung im konventionellen Transmissions-Elektronenmikroskop (CTEM) unter UHV-Bedingungen, wie beispielsweise im Supraleitungs-Elektronenmikroskop. 5 Patentansprüche 2 - 2 Figuren Zusammenfassung Ortsempfindliches Detektorsystem für Korpuskularstrahlen Die Erfindung bezieht sich auf ein ortsempfindliches Detektorsystem für Korpuskularstrahlen mit CCD-Sensoren.However, the detection system is generally applicable for registration the local distribution of the intensity of corpuscular radiation, for example for the acquisition of electron images as well as electron diffraction images and electron spectra. For example, it can be used for the integral registration of the electron diffraction pattern in a scanning transmission electron microscope (STEM) to improve the signal / background ratio compared to grid diffraction. It is also advantageously applicable to image registration in a conventional transmission electron microscope (CTEM) under UHV conditions, such as in the superconducting electron microscope. 5 claims 2 - 2 characters Summary Position-sensitive detector system for corpuscular rays The invention relates to a position-sensitive detector system for corpuscular rays with CCD sensors.

Erfindungsgemäß ist den Sensoren (4) als Verstärker eine Kanaiplatte (6) mit einer vorbestimmten gegenseitigen Zuordnung der Kanäle und der Sensoren vorgeschaltet und zwischen der Kanalplatte (6) und den Sensoren (4) ist eine Beschleunigungsstrecke (d) vorgesehen. Mit diesem Detektorsystem wird die ortsabhängige Intensitätsverteilung der Strahlen erfaßt.According to the invention, the sensors (4) as an amplifier is a channel plate (6) with a predetermined mutual assignment of the channels and the sensors upstream and between the channel plate (6) and the sensors (4) is an acceleration section (d) provided. With this detector system, the location-dependent intensity distribution the rays captured.

(Figur 1) Leerseite(Figure 1) Blank page

Claims

Claims Location-sensitive detector system for corpuscular beams with semiconductor sensors whose output signal is based on the discharge of a space charge capacity is based on the fact that at least one linear arrangement (2) the semiconductor sensors (4) is provided, which as an amplifier (each at least a channel (8) of a channel plate (6) is assigned to which the corpuscular rays (10) are supplied with a location-dependent intensity distribution and that between the channel plate (6) and the sensor arrangement (2) an acceleration section (d) is provided.

2. Detector system according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a two-dimensional grid of sensors (4) with a corresponding Arrangement of channels (8) in rows and columns is provided.

3. Detector system according to claim 1 or 2, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h a focusing of the secondary electrons (12) between the channels (8) and the sensors (4).

4. Detector system according to claim 1 or 2, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h an electron-optical focusing of the emerging from the channels (8) Secondary electrons (12) on the associated sensor (4) of the sensor arrangement (2).

5. Detector system according to claim 3 or 4, d a -d u r c h g e k e n It is not indicated that the channel plate (6) is on high voltage and the sensor arrangement (2) is at ground potential.