KR20150062409A - 마이크로 채널 판을 갖는 광검출기, 그 광검출기를 사용한 샘플 분석시스템, 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플분석방법 - Google Patents

마이크로 채널 판을 갖는 광검출기, 그 광검출기를 사용한 샘플 분석시스템, 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플분석방법 Download PDF

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KR20150062409A KR1020130147027A KR20130147027A KR20150062409A KR 20150062409 A KR20150062409 A KR 20150062409A KR 1020130147027 A KR1020130147027 A KR 1020130147027A KR 20130147027 A KR20130147027 A KR 20130147027A KR 20150062409 A KR20150062409 A KR 20150062409A
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Abstract

본 발명은 마이크로 채널 판을 갖는 광검출기, 그 광검출기를 사용한 샘플 분석시스템, 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 전자총으로 샘플에 전자빔을 주사하여 샘플에서 방출된 광을 검출하는 광검출기에 있어서, 샘플에서 방출된 광이 투과되어 투과광을 방출하는 BaF2로 구성된 윈도우; 윈도우에서 방출된 투과광이 입사되고, 쉐브론 패턴으로 구비되며 펄스형태의 2차 전자를 방출시키는 마이크로 채널판; 마이크로 채널판에 약 2kV의 고전압을 인가하여 2차 전자를 가속시키는 전압인가부; 투과광이 입사되는 마이크로 채널판의 일측면에 구비되어 2차 전자의 방출을 유도하는 KBr로 구성된 코팅층; 중공관 형태로 내부에 윈도우와 마이크로 채널판 구비하는 쉴드; 광이 주사되는 윈도우의 일측과 소정간격으로 이격되게 구비되어 윈도우가 양극 또는 음극이 되지 않도록 주사되는 광을 제어하는 그리드; 마이크로 채널판에서 방출된 펄스형태의 2차 전자를 검출하는 검출수단;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.

Description

마이크로 채널 판을 갖는 광검출기, 그 광검출기를 사용한 샘플 분석시스템, 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플분석방법{Photodetector included MicroChannelPlate, Method for Detecting Photo, Analysis system for analyzing sample and Method thereof}
본 발명은 마이크로 채널 판을 갖는 광검출기, 그 광검출기를 사용한 샘플 분석시스템, 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 BaF2로 구성된 원도우와 KBr로 구성된 코팅층이 적층되고, 쉐브론(chevron) 패턴을 갖는 마이크로 채널판을 포함하여보다 많은 광이 입사됨으로써 측정시간을 단축하고 펄스파 형태의 2차 전자의 검출이 가능한 광검출기 및 그 광검출기를 이용한 광검출방법 및 샘플의 분석 시스템, 방법에 관한 것이다.
광검출기는 금속이나 반도체 등의 샘플을 분석하기 위해 전자총으로 샘플에 전자빔을 주사하여 샘플에서 방출되는 광을 검출하기 위해 사용된다. 종래에 광검출기의 일 예는 포토일렉트론 멀티 플라이어(photoelectron multiplier)를 사용한 것이다. 먼저, 도 1은 종래에 포토일렉트론 멀티 플라이어를 이용한 광검출기를 모식적으로 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자총(도 1에서는 미도시)에 의해 전자빔(도 1에서는 미도시)이 입사되어 샘플(도1에서는 미도시)에서 방출된 광(2)은 종래의 광검출기(1)로 입사되게 된다. 방출된 광(2)은 일측이 KCL 박막(4)으로 적층된 단일 수정체 윈도우(monocrystal window, 3))에 투과된다. 방출된 광(2) 윈도우(3)에 원하는 방향으로 수렴, 입사되기 위해 미러(mirror, 미도시) 등을 사용하여 광의 경로를 조절할 수 있다. 그리고, 윈도우(3)를 투과한 투과광은 포토일렉트론 멀티 플라이어(5)로 입사되게 된다. 포토일렉트론 멀티플라이어(5)은 타측이 폐쇄된 중공관 형태를 갖고, 내경은 약 1cm이하로 구비된다. 그리고, 포토일렉트론 멀티 플라이어(5)로 입사된 광은 튜브형태로 구성된 다이노드(dynode, 6))에 입사되어 광전자(7)로 방출되게 된다. 방출된 광전자(7)는 복수의 스테이지로 구성된 전극(electrodes, 8)을 통해 증폭되어 2차 전자를 방출하게 되고, 컬렉터(collector, 9)를 거쳐 증폭기(10)에 의해 강도가 증가되어 펄스 카운터 회로(pulse countercircuit, 11)에 의해 방출된 2차 전자를 관찰함으로써 샘플을 분석하게 된다. 여기서 윈도우(3)는 로우 패스필터의 역할을 하고, 포토일렉트론 멀티 플라이어(5)는 고 패스 필터의 역할을 하게 된다. 그러나, 이러한 포토일렉트론 멀티 플라이어(5)를 사용한 종래의 광검출기(1)의 경우, 광(2)이 입사되는 내경의 직경이 1cm이하 정도로 제한되어 많은 광(2)이 입사될 수 없는 문제가 존재한다. 따라서, 입사되는 광(2)이 제한됨으로써 광에 대한 신호 역시 제한적일 수밖에 없다. 따라서, 샘플에 대한 정보를 확보하기 위해 광을 검출, 측정하는데 필요한 시간은 대략 1시간 정도가 소요되게 된다. 또한, 이러한 단점으로 인해 전자총을 제어하여 샘플에서 방출되는 광자에너지를 변화시키면서 스펙트럼을 찍어야 하기 때문에 측정을 위해 많은 인력 소모가 존재하게 된다.
이를 해결하기 위해 한국표준과학 연구원에서 출원한 한국 등록특허 제 10-1155412호에 따르면, 샘플에서 방출된 광이 투과되어 투과광을 방출하는 SrF2로 구성된 윈도우, 윈도우에서 방출된 투과광이 입사되어 펄스형태의 2차 전자를 방출시키는 마이크로 채널판 및 마이크로 채널판에서 방출된 펄스형태의 2차 전자를 검출하는 검출수단에 의해 보다 간단한 방법과 짧은 측정시간으로 광검출을 가능하게 하였다.
그러나 이러한 방법에도 1.2eV 미만의 에너지 분해능으로 광검출을 할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 윈도우와 마이크로 채널판이 웨이퍼 형태로 구비됨으로써 솔리드 앵글을 크게 할 수 있다. 따라서, 샘플에서 방출된 광을 보다 많이 입사시킬 수 있어, 대량의 광에 대한 신호를 짧은 시간에 확보할 수 있고, 보다 작은 광자에너지를 검출할 수 있다. 따라서, 종래의 광검출기에 비해 검출되는 광자에너지의 대역이 더 넓어질 수 있게 된다. 또한, 마이크로 채널판에 KBr 코팅층을 구비하고, 전압인가부에 의해 고전압을 인가시켜 펄스파 형태의 2차 전자를 방출시킬 수 있어, 샘플에 전자 상태, 오비탈 상태, 전자 점유, 비점유 에너지 등 다양한 정보를 정확하게 확보할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일실시예는 쉴드를 포함하여 인가되는 고전압이 전자총에 비치는 영향을 차단시키고, 샘플외에 다른 전자가 들어오는 것을 방지하고, 샘플에서 방출되는 광에 의한 신호가 아닌 전자에 의한 신호출력을 방지할 수 있는 광검출기를 제공하게 된다. 또한 0.6eV 의 에너지 분해능으로 광자에너지를 검출할 수 있는 광검출기를 제공하게 된다. 본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
전자총으로 샘플에 전자빔을 주사하여 샘플에서 방출된 광을 검출하는 광검출기에 있어서, 샘플에서 방출된 상기 광이 투과되어 투과광을 방출하는 BaF2로 구성된 윈도우, 상기 윈도우에서 방출된 상기 투과광이 입사되어 펄스형태의 2차 전자를 방출시키는 마이크로 채널판, 상기 마이크로 채널판에서 방출된 펄스형태의 상기 2차 전자를 검출하는 검출수단 및 상기 투과광이 입사되는 상기 마이크로 채널판의 일측면에 구비되어 2차 전자의 방출을 유도하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층의 두께는 500 ~ 3500Å이고, 상기 코팅층은 KBr으로 구성될 수 있다.
상기 마이크로 채널판에 전압을 인가하여 상기 2차 전자를 가속시키는 전압인가부를 더 포함할 수 있다.
상기 전압인가부에 의해 상기 마이크로 채널판에 인가되는 전압은 1700 ~ 2500V인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 마이크로 채널판에는 쉐브론 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
상기 윈도우의 두께는 1.5 ~ 2.5mm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
중공관 형태로 내부에 상기 윈도우와 상기 마이크로 채널판을 구비하는 쉴드를 더 포함할 수 있다.
상기 쉴드의 재질은 비철금속으로 구성되고, 상기 쉴드의 두께는 0.5 ~ 2 mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 광이 주사되는 상기 윈도우의 일측과 소정간격으로 이격되게 구비되어 상기 윈도우가 양극 또는 음극이 되지 않도록 주사되는 상기 광을 제어하는 그리드를 더 포함할 수 있다.
상기 검출수단과 연결되어 상기 전압인가부에 의해 인가되는 전압에 의해 가속된 상기 2차 전자가 증폭되어 펄스파 형태의 상기 2차 전자를 수렴시켜 방출하는 양극판을 더 포함할 수 있다.
상기 윈도우는 SrF2 로 구성되고, 상기 코팅층은 NaCl로 구성될 수 있다.
상기 광검출기에 포함된 검출수단과 연결되어 상기 검출수단에서 검출된 펄스파 형태의 2차 전자를 전송받아 샘플 정보를 분석하는 분석수단을 포함할 수 있다.
상기 분석수단은 상기 2차 전자를 분석하여 샘플의 전자상태, 샘플의 오비탈 상태, 상기 샘플의 전자 점유 상태 및 샘플의 비전자 점유 상태 중 적어도 어느 하나의 정보를 얻는 것을 특징으로 할 수 있다.
전자총에 의해 전자빔을 샘플에 주사하여 샘플에서 특정 광자 에너지를 갖는 광이 방출되는 단계, 방출된 상기 광이 BaF2로 구성된 원도우에 투과되어 투과광이 방출되는 단계, 상기 투과광이 마이크로 채널판에 입사되어 펄스파 형태의 2차 전자가 방출되는 단계 및 검출수단에서 의해 상기 2차 전자를 검출하는 단계;를 포함하고, 상기 2차 전자 방출단계는, 상기 마이크로 채널판의 일측면 구비된 KBr로 구성되는 코팅층에 의해 상기 2차 전자의 방출을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전압인가부에 의해 상기 마이크로 채널판에 전압을 인가하여 상기 2차 전자를 가속시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 투과광 방출 단계 전에, 상기 광이 주사되는 상기 윈도우의 일측면에 소정간격으로 이격되어 구비되는 그리드에 의해 상기 윈도우가 양극 또는 음극이 되지 않도록 상기 광을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전압인가부에 의해 전압이 인가되어 가속된 상기 2차 전자가 양극판으로 증폭되어 펄스파 형태의 상기 2차 전자를 상기 검출수단에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전자총에 의해 전자빔을 샘플에 주사하여 샘플에서 특정 광자 에너지를 갖는 광이 방출되는 단계, 방출된 상기 광이 BaF2로 구성된 원도우에 투과되어 투과광이 방출되는 단계, 마이크로 채널판의 일측면 구비된 KBr로 구성되는 코팅층에 의해 상기 2차 전자의 방출을 유도하고, 상기 투과광이 마이크로 채널판에 입사되어 펄스파 형태의 2차 전자가 방출되는 단계, 검출수단에서 의해 상기 2차 전자를 검출하는 단계, 및 검출된 펄스파형 상기 2차 전자를 검출수단과 연결된 분석수단에서 분석하여 샘플에 대한 정보를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 윈도우와 마이크로 채널판이 웨이퍼 형태로 구비됨으로써 솔리드 앵글을 크게 할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 샘플에서 방출된 광을 보다 많이 입사시킬수 있어, 대량의 광에 대한 신호를 짧은 시간에 확보할 수 있고, 0.6eV의 에너지 분해능으로 광자에너지를 검출할 수 있다.
또한, 마이크로 채널판에 KBr 코팅층을 구비하고, 전압인가부에 의해 고전압을 인가시켜 펄스파 형태의 2차 전자를 방출시킬 수 있어, 샘플에 전자상태, 오비탈 상태, 전자 점유, 비점유 에너지 등 다양한 정보를 정확하게 확보할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
그리고 또한, 본 발명의 일실시예는 쉴드를 포함하여 인가되는 고전압이 전자총에 비치는 영향을 차단시키고, 샘플 외에 다른 전자가 들어오는 것을 방지하고, 샘플에서 방출되는 광에 의한 신호가 아닌 전자에 의한 신호출력을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 포토 일렉트론 멀티 플라이어를 포함하는 종래의 광검출기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 도 2에서 윈도우와 마이크로 채널판이 존재하는 부분을 확대한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광검출기에서 마이크로 채널판과 윈도우에 광자에너지에 대한 투과율 그래프이다.
도 5는 선행기술과 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 광자에너지에 따른 광검출을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 사용한 광검출방법의 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 구성에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 구성을 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 마이크로 채널판(70)이 위치하는 부분에 대한 광검출기의 부분 단면도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기는 쉴드(110), 그리드(50), 윈도우(60), 전압인가부(80), 양극층(anode, 82), 검출수단(90) 및 분석 수단(100)을 포함하고 있다. 이러한 광검출기는 진공챔버(20) 내에 구비된다. 따라서, 광검출기에 따른 광검출은 진공 분위기에서 실행된다.
전자총(30)은 샘플(40)로 전자빔(31)을 주사하게 된다. 샘플(40)은 금속, 반도체 등 전자빔(31)에 의해 광(2)을 방출하는 것이라면 그 종류를 불문한다. 전자빔(31)이 주사된 샘플(40)에서는 특정 광자에너지를 갖는 광(2)이 방출되게 된다. 이러한 샘플(40)에서 방출된 광(2)이 갖는 광자에너지는 약 9.5eV 근처에 해당한다. 방출된 광(2)은 쉴드(110) 내로 입사되게 된다. 쉴드(110)는 양측이 개방된 진공관 형태도 구비된다. 이러한 쉴드(110)는 후에 설명될 전압인가부(80)에 의해 마이크로 채널판(70)에 고전압(high voltage)이 인가되는 경우, 고전압이 전자총(30)에 미치는 영향을 차단시키는 역할을 하게 된다. 또한, 샘플(40)에서 방출된 전자 외에 다른 외부전자가 유입되는 것을 방지하고, 광(2)에 의한 신호가 아닌 전자에 의한 신호출력을 방지하게 된다. 이러한 쉴드(110)는 금속막으로 구성되고, Ni-Mo합금, Al등과 같이 자성을 뛰지 않는 비철금속으로 구비됨이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드(110)의 직경은 25 ~ 70 mm 정도로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 광검출기는 그리드(grid, 50)를 포함할 수 있다. 샘플(40)에서 방출된 광(2)이 쉴드(110) 내로 입사되면 그리드(50)를 투과하게 된다. 그리드(50)는 입사되는 광(2)을 조절함으로써 후에 설명될 윈도우(60)가 양극이나 음극으로 충전되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그리드(50)를 통과한 광(2)은 윈도우(60) 에 투과되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 윈도우(60)는 BaF2로 구성된다. 이러한 BaF2 윈도우(60)는 1.5 ~ 2.5mm 정도로 구성된다. 상기 윈도우(60)의 두께가 1.5mm 미만인 경우 기계적 강도가 약하며 단파장의 광이 과도하게 투과될 수 있는 문제점이 생길 수 있고, 상기 윈도우(60)의 두께가 2.5 mm 를 초과할 경우 전체적인 광투과도가 떨어지는 문제가 생길 수 있다. 후에 설명될 바와 같이, BaF2 윈도우(60)는 광자에너지가 증가함에 따라 투과율이 낮아 지게 된다. 따라서, 로우패스필터(low pass filter)의 작용을 하게 된다.
윈도우(60)에 입사되어 투과된 투과광은 마이크로 채널판(microchannel plate, MCP, 70)으로 입사되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판(70)은 쉐브론(chevron) 패턴을 구비하고 있다. 투과광이 마이크로 채널판(70)에 입사되면 2차 전자가 방출되게 된다. 그리고, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널판(70)은 투과광이 입사되는 방향의 일측면에 코팅층(71)을 구비하고 있다. 코팅층(71)은 마이크로 채널판(70)에서 2차 전자가 잘 방출되도록 유도하는 역할을 하게 된다. 이러한 코팅층(71)은 약 500 ~ 3500Å정도로 구비되고, 재질은 KBr로 구성된다. 상기 코팅층(71)의 두께가 500Å미만일 경우 코팅층을 균질한 막으로 윈도우를 코팅할 수 없다는 문제점이 생길 수 있고, 상기 코팅층(71)의 두께가 3500Å을 초과할 경우 투과도가 떨어져 투과광의 양이 줄어드는　문제점이 생길 수 있다.
이러한 마이크로 채널판(70)은 광자에너지가 증가함에 따라 투과율이 상승되게 된다. 따라서, 하이패스필터(High pass filter)로서의 역할을 하게 된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 전압인가부(80)에 의해 마이크로 채널판(70)에 고전압을 인가하게 된다. 마이크로 채널판(70)에 고전압이 인가되면 방출된 2차전자가 가속되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 전압 인가부(80)는 마이크로 채널판(70)의 양쪽 측면 각각에 그라운드와 연결된 전극층과 전압수단(81)에 의해 고전압이 흐르게 되는 전극층으로 구성된다. 전압인가부(80)에 의해 마이크로 채널판(70)에 인가되는 전압은 약 1500 ~ 2500V이다.
전압인가부(80)에서 인가된 전압에 의해 가속된 2차 전자는 양극층(anode, 82)에서 증폭되어 펄스파 형태로 방출되게 된다. 검출수단(90)은 양극층(82)과 연결되어 펄스파 형태의 2차전자를 검출하게 된다. 검출수단(90)과 연결된 분석수단(100)은 이러한 펄스파 형태의 2차 전자를 분석하여 샘플(40)의 전자 상태, 샘플(40)의 오비탈, 샘플(40)의 전자점유 상태 및 에너지, 샘플(40)의 비전자점유 상태 및 에너지 등에 대한 정보를 획득하게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판(70)을 갖는 광검출기에서 광자에너지에 따른 마이크로 채널판(70)과 윈도우(60)의 투과율 그래프를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광자에너지가 증가함에 따라 윈도우(60)의 투과율은 낮아지게 된다. 특히, 고 투과율을 지속적으로 유지하다가 급격히 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 윈도우(60)는 광검출기에서 로우패스필터의 역할을 하게 된다. 반면, 마이크로 채널판(70)은 광자에너지의 증가에 따라 투과율이 증가하게 된다. 따라서, 마이크로 채널판(70)은 하이패스필터로서의 기능을 하게 된다. 도 4에서 사선으로 도시된 부분이 본 발명의 일실시예에 사용되는 쉴드(110) 내로 입사되는 광자에너지 사용영역(A)에 해당한다.
도 5는 선행기술인 SrF2 윈도우와 KBr 코팅층을 구비한 마이크로 채널판을 갖는 광검출기와 본 발명의 일실시예에 따른 BaF2 윈도우와 KBr 코팅층을 구비한 마이크로 채널판을 갖는 광검출기의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, x축은 BaO 양극물질로 이루어진 전자총에 걸어준 전압이고, y축은 시료에 전달된 전자에 따른 초당 계수에 해당한다. 여기서 사용한 시료는 금 단결정(111)면을 진공중에서 분순물을 제거한 후 사용하였다. 6.0 ~ 7.5 eV에 해당하는 페르미 준위의 경사도를 기준으로 최고점의 84%, 최저점의 16 % 지점 사이의 간격으로부터 분해능을 산출할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 그래프(510)의 SrF2 윈도우와 KBr 코팅층을 구비한 마이크로 채널판을 갖는 광검출기로는 광검출기로는 약 1.2eV 이상의 에너지 분해능으로 광검출이 가능하지만, 그래프(520)의 본 발명의 일실시예에 따른 BaF2 윈도우와 KBr 코팅층을 구비한 마이크로 채널판을 갖는 광검출기는 약 0.6eV의 에너지 분해능으로 광검출이 가능하며, 선행기술인 SrF2 윈도우와 KBr 코팅층을 구비한 마이크로 채널판을 갖는 광검출기에 비해 광검출 성능이 뛰어나다는 점을 알 수 있다.
<실시예>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 이용한 광검출방법에 대해 설명하도록 한다. 광검출방법에 이용된 광검출기의 구성은 앞서 설명한 바와 같다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 이용한 광검출방법의 흐름도를 도시한 것이다.
먼저, 전자총(30)으로 전자빔(31)을 샘플(40)에 주사하게 된다(S10). 전자총(30)을 조절하여 샘플(40)에 주사되는 전자빔(31)의 강도를 적절하게 제어할 수 있다. 전자빔(31)이 샘플(40)에 주사되면 샘플(40)에서 특정광자 에너지를 갖는 광(2)이 방출되게 된다(S20). 이때, 방출되는 광(2)의 광자에너지가 약 9.5eV근처가 되도록 전자빔(31)의 강도를 조절할 수 있다.
그리고, 샘플(40)에서 방출된 광(2)은 쉴드(110) 내에 구비된 그리드(50)로 입사되게 된다(S30). 샘플(40)에서 방출된 광(2) 경로를 조정하기 위해 적어도 하나 이상의 미러들을 배치시켜 쉴드(110) 내로 입사시킬 수 있다. 그리드(50)는 앞서 설명한 바와 같이, BaF2 윈도우(60)가 양극 또는 음극으로 충전되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그리드(50)를 통과한 광(2)은 BaF2 재질로 구성된 윈도우(60)에 투과되게 된다(S40).
윈도우(60)를 투과한 투과광은 마이크로 채널판(70)으로 입사된다(S50). 마이크로 채널판(70)에 투과광이 입사되면 2차 전자가 방출되게 된다(S60). 앞서 설명한 바와 같이 마이크로 채널판(70)은 쉐브론 패턴을 포함하고 있고, 마이크로 채널판(70)에는 KBr로 구성된 코팅층(71)이 구비되어 2차 전자 방출을 유도하게 된다. 그리고, 마이크로 채널판(70)에 연결된 전압인가부(80)에 의해 마이크로 채널판(70)에 전압이 인가된다(S70). 인가되는 전압은 약 1500 ~ 2500V정도이다. 이러한 고전압이 인가되면 방출된 2차 전자가 가속된다(S70).
가속된 2차 전자는 양극층(82)에 증폭되어 펄스파 형태의 2차 전자를 방출하게 된다(S80). 본 발명에 따른 광검출방법에 따르면 2차 전자는 펄스파 형태로 방출되게 된다. 그리고, 양극층(82)과 연결된 검출수단(90)에서 방출된 펄스파 형태의 2차 전자를 검출하게 되고(S90), 검출수단(90)과 연결된 분석수단(100)은 이러한 펄스파 형태의 2차 전자를 분석하여 샘플(40)의 전자 상태, 샘플(40)의 오비탈, 샘플(40)의 전자점유 상태 및 에너지, 샘플(40)의 비전자점유 상태 및 에너지 등에 대한 정보를 획득하게 된다(S100).
1: 종래의 광검출기
2: 광
3: 단일 수정체 윈도우
4: KCl 박막
5: 포토 일렉트론 멀티 플라이어
6: 다이노드
7: 광전자
8: 전극
9: 컬렉터
10: 증폭기
11: 펄스 카운터 회로
20: 진공챔버
30: 전자총
31: 전자빔
40: 샘플
50: 그리드
60: 윈도우
70: 마이크로 채널판
71: 코팅층
80: 전압인가부
81: 전압수단
82: 양극층
90: 검출수단
100: 분석수단
110: 쉴드

Claims (17)

  1. 전자총으로 샘플에 전자빔을 주사하여 샘플에서 방출된 광을 검출하는 광검출기에 있어서,
    샘플에서 방출된 상기 광이 투과되어 투과광을 방출하는 BaF2로 구성된 윈도우;
    상기 윈도우에서 방출된 상기 투과광이 입사되어 펄스형태의 2차 전자를 방출시키는 마이크로 채널판;
    상기 마이크로 채널판에서 방출된 펄스형태의 상기 2차 전자를 검출하는 검출수단; 및
    상기 투과광이 입사되는 상기 마이크로 채널판의 일측면에 구비되어 2차 전자의 방출을 유도하며, KBr로 구성된 코팅층을 포함하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  2. 청구항 1에서,
    상기 코팅층은,
    두께가 500Å~3500Å인 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  3. 청구항 1에서,
    상기 마이크로 채널판에 전압을 인가하여 상기 2차 전자를 가속시키는 전압인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  4. 청구항 3에서,
    상기 전압인가부에 의해 상기 마이크로 채널판에 인가되는 전압은 1700 ~ 2500V인 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  5. 청구항 1에서,
    상기 마이크로 채널판에는 쉐브론 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  6. 청구항 1에서,
    상기 윈도우의 두께는 1.5 ~ 2.5mm 인 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  7. 청구항 1에서,
    중공관 형태로 내부에 상기 윈도우와 상기 마이크로 채널판을 구비하는 쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  8. 청구항 7에서,
    상기 쉴드의 재질은 비철금속으로 구성되고, 상기 쉴드의 두께는 0.5 ~ 2 mm인 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  9. 청구항 1에서,
    상기 광이 주사되는 상기 윈도우의 일측과 소정간격으로 이격되게 구비되어 상기 윈도우가 양극 또는 음극이 되지 않도록 주사되는 상기 광을 제어하는 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  10. 청구항 3에서,
    상기 검출수단과 연결되어 상기 전압인가부에 의해 인가되는 전압에 의해 가속된 상기 2차 전자가 증폭되어 펄스파 형태의 상기 2차 전자를 수렴시켜 방출하는 양극판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 광검출기를 이용한 샘플분석시스템에 있어서,
    상기 광검출기에 포함된 검출수단과 연결되어 상기 검출수단에서 검출된 펄스파 형태의 2차 전자를 전송받아 샘플 정보를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 이용한 샘플분석시스템.
  12. 청구항 11에서,
    상기 분석수단은 상기 2차 전자를 분석하여 샘플의 전자상태, 샘플의 오비탈 상태, 상기 샘플의 전자 점유 상태 및 샘플의 비전자 점유 상태 중 적어도 어느 하나의 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 이용한 샘플분석시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 10중 어느 한 항의 광검출기를 사용한 광검출방법에 있어서,
    전자총에 의해 전자빔을 샘플에 주사하여 샘플에서 특정 광자 에너지를 갖는 광이 방출되는 단계;
    방출된 상기 광이 BaF2로 구성된 원도우에 투과되어 투과광이 방출되는 단계;
    상기 투과광이 마이크로 채널판에 입사되어 펄스파 형태의 2차 전자가 방출되는 단계; 및
    검출수단에서 의해 상기 2차 전자를 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 2차 전자 방출단계는,
    상기 마이크로 채널판의 일측면 구비된 KBr로 구성되는 코팅층에 의해 상기 2차 전자의 방출을 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 사용한 광검출방법.
  14. 청구항 13에서,
    상기 2차 전자 방출단계는,
    전압인가부에 의해 상기 마이크로 채널판에 전압을 인가하여 상기 2차 전자를 가속시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 사용한 광검출방법.
  15. 청구항 13에서,
    상기 투과광 방출 단계 전에,
    상기 광이 주사되는 상기 윈도우의 일측면에 소정간격으로 이격되어 구비되는 그리드에 의해 상기 윈도우가 양극 또는 음극이 되지 않도록 상기 광을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 사용한 광검출방법.
  16. 청구항 14에서,
    상기 전압인가부에 의해 전압이 인가되어 가속된 상기 2차 전자가 양극판으로 증폭되어 펄스파 형태의 상기 2차 전자를 상기 검출수단에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널판을 갖는 광검출기를 사용한 광검출방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 광검출기를 사용한 광검출 방법에 있어서,
    전자총에 의해 전자빔을 샘플에 주사하여 샘플에서 특정 광자 에너지를 갖는 광이 방출되는 단계;
    방출된 상기 광이 BaF2로 구성된 원도우에 투과되어 투과광이 방출되는 단계;
    마이크로 채널판의 일측면 구비된 KBr로 구성되는 코팅층에 의해 상기 2차 전자의 방출을 유도하고, 상기 투과광이 마이크로 채널판에 입사되어 펄스파 형태의 2차 전자가 방출되는 단계;
    검출수단에서 의해 상기 2차 전자를 검출하는 단계; 및
    검출된 펄스파형 상기 2차 전자를 검출수단과 연결된 분석수단에서 분석하여 샘플에 대한 정보를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광검출기를 사용한 광검출방법을 이용한 샘플분석방법.
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