PL208151B1 - Układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, przeznaczony zwłaszcza do pracy w zakresie ciśnień w komorze przedmiotowej rzędu 100 Pa.

Z polskich opisów zgłoszeń patentowych: nr P329339, pt. Wysokociśnieniowy skaningowy mikroskop elektronowy, oraz nr P359748, pt. „Układ detekcyjny elektronów wtórnych do skaningowego mikroskopu elektronowego znany jest układ detekcyjny elektronów, złożony z płytki mikroporowatej, korzystnie typu mikrosferoidalnego oraz detektora elektronów wtórnych typu scyntylacyjnego. W obu rozwiązaniach, strumień elektronów wtórnych, niezależnie od kierunku ich emisji, jest wprowadzany do otworu w dolnej ściance komory pośredniej, spolaryzowanej odpowiednim napięciem elektrycznym. Otwór ten stanowi jednocześnie dolną przesłonę dławiącą przepływ gazu z komory przedmiotowej do komory pośredniej. Elektrony wtórne, które zostały wciągnięte do wnętrza komory pośredniej przez pole elektryczne, kierowane są na powierzchnię wejściową płytki mikroporowatej umieszczonej na osi kolumny elektronooptycznej i przechodząc przez płytkę mikroporowatą ulegają powieleniu. Po stronie wyjściowej płytki mikroporowatej, wzmocniony strumień elektronów wtórnych zostaje przyciągnięty przez scyntylator spolaryzowany wysokim napięciem i podlega końcowej detekcji, to jest przetworzeniu na sygnał świetlny, przesyłany światłowodem do fotopowielacza celem powtórnego przetworzenia na sygnał elektryczny. Sygnał ten nie zależy w istotny sposób od kierunku emisji elektronów wtórnych podlegających detekcji.

Przedmiotem wynalazku jest układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, wyposażony w dolną przesłonę dławiącą, płytkę mikroporowatą z rurką ekranującą oraz scyntylatory połączone ze światłowodami i fotopowielaczami.

Istota układu polega na tym, że po stronie wyjścia płytki mikroporowatej znajdują się co najmniej dwa scyntylatory.

Korzystnie każdy scyntylator jest spolaryzowany względem wyjścia płytki mikroporowatej wysokim napięciem dodatnim o wartości powyżej 1000 V.

Korzystnym jest również to, że rurka ekranująca umieszczona w otworze płytki mikroporowatej jest spolaryzowana napięciem ujemnym względem dolnej przesłony dławiącej.

Zaletą układu do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, według wynalazku jest możność prowadzenia kierunkowej detekcji elektronów wtórnych, dla której sygnały wyjściowe jednoznacznie zależą od lokalnego kierunku i kąta pochylenia badanej powierzchni. Otrzymane sygnały wyjściowe, po przetworzeniu pozwalają na trójwymiarową rekonstrukcję topografii badanej powierzchni.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest odtworzony na rysunku, który przedstawia układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, w przekroju poprzecznym.

Układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym jest zamontowany w korpusie 1, wykonanym z teflonu. W dolnej części korpusu 1 jest umieszczona dolna przesłona dławiąca 2, w postaci płytki metalowej z małym otworem na osi wiązki skanującej WE. Powyżej dolnej przesłony dławiącej 2, jest umieszczona płytka mikroporowatą 3. Płytka mikroporowata 3 ma otwór na osi wiązki elektronowej skanującej WE, w którym za pośrednictwem uszczelki teflonowej jest zamocowana rurka ekranująca 4. Powyżej płytki mikroporowatej 3 umieszczone są cztery scyntylatory 5 rozmieszczone symetrycznie względem osi wiązki elektronowej WE. Scyntylatory 5 są połączone ze światłowodami 6 prowadzącymi do fotopowielaczy.

Tak zbudowany układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym działa w następujący sposób.

Elektrony wtórne EW generowane z powierzchni preparatu umieszczonego na stoliku przedmiotowym 7, są przyciągane przez spolaryzowaną dodatnim napięciem dolną przesłonę dławiącą 2 i przechodzą przez otwór w tej elektrodzie. Po drugiej stronie dolnej przesłony dławiącej 2, strumień elektronów wtórnych EW napotyka na hamujące pole elektryczne, wytwarzane przez rurkę ekranującą 4 spolaryzowaną ujemnie względem dolnej przesłony dławiącej 2. Dzięki temu w rejonie otworu w dolnej przesłonie dławiącej 2 powstaje soczewka elektronowa o charakterze rozpraszającym, a przepływ elektronów wtórnych EW od stolika przedmiotowego 7 do płytki mikroporowatej 3 jest laminarny. Zatem, sektor powierzchni wejściowej płytki mikroporowatej 3, na który padają elektrony wtórne EW odpowiada kierunkowi ich emisji z preparatu. Elektrony wtórne EW przechodzą przez mikroskopijne kanaliki płytki mikroporowatej 3, typu mikrosferoidalnego zasilanej napięciem rzędu 1 kV, ulegając przy tym powieleniu dzięki emisji wtórnej ze ścianek. Wzmocniony strumień elektronów wtórnych EW

PL 208 151 B1 opuszcza płytkę mikroporowatą 3 po stronie wyjściowej, gdzie znajdują się cztery scyntylatory 5, rozmieszczone symetrycznie wokół osi wiązki elektronowej WE. Scyntylatory 5 są spolaryzowane dodatnio względem płytki mikroporowatej 3 napięciem 12 kV i dzięki temu przechwytują elektrony wtórne EW, wychodzące odpowiednio z sąsiadujących z nimi obszarów płytki mikroporowatej 3, przetwarzają je na sygnały świetlne transmitowane światłowodami 6 do odpowiednich fotopowielaczy, gdzie zostają ostatecznie przetworzone na elektryczne sygnały wyjściowe. Natężenie sygnału wyjściowego w każdym z czterech torów zależy tutaj od liczby elektronów wtórnych EW wyemitowanych w kierunku danego scyntylatora 5, zatem układ detekcyjny ma własności kierunkowe. Własności te mogą być zakłócane przez rozpraszanie elektronów wtórnych EW, w skutek zderzeń z atomami gazu o stosunkowo wysokim ciśnieniu Pj, wypełniającego komorę przedmiotową mikroskopu. Ciśnienie gazu P₂, w przestrzeni między płytką mikroporowatą 3 i dolną przesłoną dławiącą 2, stanowiącej komorę pośrednią, jest o dwa rzędy wielkości mniejsze więc nie powoduje istotnego rozpraszania elektronów. By zminimalizować efekty rozpraszania, odległość stolika przedmiotowego 7 od dolnej przesłony dławiącej 2 powinna być porównywalna ze średnicą otworu w dolnej przesłonie dławiącej 2.

Cztery sygnały, uzyskane z układu do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, mogą zostać przetworzone sposobem, który prowadzi do wytworzenia trójwymiarowego obrazu badanej powierzchni.

Claims (3)

1. Układ do detekcji elektronów w skaningowym mikroskopie elektronowym, wyposażony w dolną przesłonę dławiącą, płytkę mikroporowatą z rurką ekranującą oraz scyntylatory połączone ze światłowodami i fotopowielaczami, znamienny tym, że po stronie wyjścia płytki mikroporowatej (3) znajdują się co najmniej dwa scyntylatory (5).

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy scyntylator (5) jest spolaryzowany względem wyjścia płytki mikroporowatej (3) wysokim napięciem dodatnim o wartości powyżej 1000 V.

3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka ekranująca (4) umieszczona w otworze płytki mikroporowatej (3) jest spolaryzowana napięciem ujemnym względem dolnej przesłony dławiącej (2).