ДЕТЕКТОР ЭЛЕКТРОНОВ
DETECTOR OF ELECTRONS

Изобретение относится к области электронного приборостроения, а более конкретно - к конструкции детекторов электронов, и может найти преимущественное использование в электронных микроскопах.
Для ученых, изучающих микрообъекты, большой интерес представляет сигнал вторичных электронов, отраженных от объекта. Этот сигнал, большая часть которого состоит из медленных электронов с энергиями до 50 эВ, несет в себе информацию о морфологии поверхности исследуемого образца. Энергия вторичных электронов пропорциональна углу наклона элементарной площадки на поверхности образца, из которой они вылетают. Собирая эти электроны и детектируя их по энергиям, можно получить изображение элементарной площадки в данной точке в виде пятна определенной яркости. В растровом электронном микроскопе (РЭМ) пучок электронов сканирует поверхность образца, то есть дискретно построчно "обегает" всю исследуемую поверхность, выбивая в каждой точке вторичные электроны. Детектируя по энергиям суммарный сигнал вторичных электронов, можно воссоздать картину распределения элементарных площадок по всей поверхности образца, в виде последовательности точек различной яркости. Сигнал вторичных электронов регистрируется детектором и после усиления модулирует локальную яркость на экране телемонитора, развертка которого синхронна со смещением электронного зонда по поверхности образца. Таким образом, каждый элемент поверхности образца находится во взаимно однозначном соответствии с яркостью определенного места на экране. Эффективность детектора в значительной мере предопределяет и общую эффективность работы электронного микроскопа.
Из уровня техники известны различные конструкции детекторов, в частности, в патентах США №4217495 [1] и №4405861 [2], описаны варианты детектора электронов, имеющего в своем корпусе отверстие для прохождения пучка первичных электронов и сцинтиллятор.
Недостатком подобного детектора электронов является малая эффективность сбора детектируемых электронов и малая эффективность сбора фотонов, направляемых в световод.
В патенте США №7417235 [3] предложен детектор электронов, состоящий из сетки электрода с напряжением +80-+500 В, сцинтилляционной пластинки, покрытой алюминиевой пленкой, и световода.
Недостатком такого детектора электронов является наличие заряженной сетки, искажающей прохождение первичного пучка, и малая эффективность сбора фотонов, направляемых в световод.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является детектор отраженных (вторичных) электронов, описанный в патенте США №4700075 [4], конструкция которого предусматривает наличие пластинчатого сцинтиллятора, определяющего плоскость и две линии симметрии на этой плоскости, расположенные под прямым углом одна к другой; световода, отводящего вторичные электроны от сцинтиллятора в направлении приемника, причем упомянутый световод расположен на упомянутом сцинтилляторе и выполнен с возможностью отвода вторичного излучения от сцинтиллятора симметрично по отношению к упомянутым двум линиям симметрии; при этом упомянутый сцинтиллятор выполнен прямоугольным и образует две ограничительные стенки, расположенные одна напротив другой; упомянутый световод имеет две впускающие свет поверхности, расположенные напротив соответствующих поверхностей упомянутых ограничительных стенок. Данный детектор электронов выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Как и в других конструкциях, основным недостатком прототипа является низкая эффективность сбора детектируемых электронов и недостаточная эффективность сбора фотонов, направляемых в световод.
Таким образом, к общим недостаткам описанных выше аналогов и прототипа заявленного изобретения можно отнести их малую эффективность как при сборе детектируемых электронов, так и при сборе фотонов, направляемых в световод.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании усовершенствованного детектора электронов с повышенной эффективностью сбора детектируемых электронов и увеличенным количеством фотонов, поступающих в световод после испускания их сцинтиллятором.
Технический результат достигается за счет применения новой конструкции детектора, выполненного в виде двояковыпуклого оптически прозрачного диска с коническим углублением (вырезом) по его центру, при этом поверхность диска, обращенная к пучку детектируемых электронов, имеет покрытие в виде расположенных в последовательном порядке слоев, из которых внешний слой является дифракционной решеткой, а внутренний слой является сцинтиллятором, выполненным с возможностью испускания фотонов при попадании на него детектируемых электронов; поверхность конического углубления покрыта отражающей металлической пленкой; на внешнем ребре диска размешен световод, выполненный с возможностью передачи фотонов в приемник-анализатор.
Для эффективной работы детектора важно, чтобы угол при вершине конического углубления был близок к 90 градусам.
Для эффективной работы детектора целесообразно, чтобы между слоем сцинтиллятора и дифракционной решеткой дополнительно был размещен слой защитной металлической пленки, выполненный с возможностью пропускания электронов и осуществления электростатической защиты.
Для эффективной работы детектора целесообразно, чтобы между ребром диска и световодом был установлен массив микролинз.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующим чертежом.
На чертеже изображена схема детектора электронов и сечения диска детектора электронов, выполненные согласно изобретению.
Элементы:
1 - диск с коническим углублением (вырезом);
2 - дифракционная решетка;
3 - защитная металлическая пленка;
4 - сцинтиллятор;
5 - световод;
6 - микролинза;
7 - отражающая металлическая пленка.
Рассмотрим предпочтительный вариант реализации заявленного изобретения, представленный на чертеже. Детектор, выполненный из оптически прозрачного материала в виде двояковыпуклого диска 1 с коническим углублением (вырезом), размещен в колонне электронного микроскопа. Пучок детектируемых (отраженных) электронов падает на нижнюю поверхность диска 1, которая имеет покрытие в виде расположенных в последовательном порядке трех слоев, из которых внешний слой является дифракционной решеткой 2, средний слой является защитной металлической пленкой 3, а третий слой является сцинтиллятором 4, выполненным с возможностью испускания фотонов при попадании на него детектируемых электронов. Испускаемые сцинтиллятором 4 фотоны распространяются изотропно, однако выходу фотонов из диска сквозь поверхность диска, обращенную к пучку детектируемых электронов, т.е. нижнюю поверхность, препятствует дифракционная решетка 2. Выходу фотонов из диска 1 через поверхность конического углубления препятствует отражающая металлическая пленка 7, которая имеет большую толщину, чем защитная металлическая пленка 3, и размещена на внутренней поверхности конусообразного выреза, выполняя, таким образом, функции зеркала. В результате, основная часть фотонов движется в направлении световода 5, размещенного на внешнем ребре диска 1. При этом для более эффективного вывода фотонов на внешнем ребре диска 1 между ребром диска 1 и световодом 5 установлены микролинзы 6. Таким образом, обеспечивается повышенная эффективность регистрации сигнала в электронном микроскопе.
Следует иметь ввиду, что приведенный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, и специалистам должно быть ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие за рамки объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в описании и прилагаемой формуле изобретения.