[發明專利]低能量背散射電子探測器

在審

• 申請號: 201710936186.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107976458A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 李國慶;韓華;馬宏圖;陳曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G01N23/203
• 分類號: G01N23/203
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙)11482
• 代理人: 宋寶庫,王世超

技術領域

本發明涉及電子探測器領域，尤其涉及一種低能量背散射電子探測器。

背景技術

掃描電子顯微鏡通過一束聚焦后的電子束照射樣品，然后對樣品發出的信號電子進行收集從而進行成像。信號電子主要分為二次電子和背散射電子，現有技術中，習慣將能量高于50電子伏的稱為背散射的一次電子(即背散射電子)，而能量低于50電子伏的稱為真正的二次電子(即二次電子)。相對應的電子探測器分為二次電子探測器和背散射電子探測器；二次電子的能量通常小于50eV，背散射電子通常為幾千eV至幾十千eV。

為了觀察非導電樣品或生物樣品，掃描電子顯微鏡通常采用低落點能量(小于3KeV)，此時的背散射電子能量也較低，因此需要相應的能探測較低能量的背散射電子探測器。其中半導體背散射電子探測器(solid-state backscattered-electron detector)是較為常用的一種，通常情況下探測器表面有一層幾百納米厚的鋁膜，其用來避免電荷在探測器表面積累。然而，當背散射電子能量較低時，此鋁膜對電子造成的散射阻礙作用增加，減小了電子的接收效率。

因此，需要對這種半導體背散射電子探測器中的表面膜進行改進，從而適合對低能量的背散射電子進行高效的探測。

此外，能接收背散射一次電子的探測器有羅賓遜探測器和半導體探測器等。半導體探測器接收背散射電子從位置上講，包容角大、距離近，接收能量信息最多。半導體探測器(半導體背散射電子探測器簡稱)是掃描電子顯微鏡中接受樣品電子信息的第一單位器件，是第一個位于參加形貌成像關鍵元件。半導體探測器從形態分為二分割和四分割。如圖2所示，現有的半導體背散射電子探測器為傳統的四象限結構探測器示意圖，大多采用四分割環形結構，這種四象限環形結構都是由一個完整的圓形硅片加工而成，將一整塊圓形硅片分為四個單元，并在所述圓形硅片中間加工一個圓形的中心孔用于通過電子束。如圖2所示，現有的背散射電子探測器包括B1,B2,B3,B4四個部分；四個部分可以對探測器進行獨立探測及信號處理，也可以對四個部分探測信號進行加和、作差處理，得到樣品的成分像或形貌像。但是，因為低能量的背散射電子的角度不同，將整個圓形硅片分為四個單元，不利于對不同角度的電子進行探測，對樣品的測試精度不高。

相應地，本領域還需要一種新的半導體背散射電子探測器來解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種低能量背散射電子探測器，其電子穿透性強、探測精度提高，增加了探測器的探測功能。

具體地，本發明的低能量背散射電子探測器包括包括第一內圈部分和第二外圈部分。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述第一內圈部分為環形，所述第二外圈部分包括繞所述第一內圈部分均勻地周向設置的多個子部分。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述第二外圈部分包括兩個對稱設置的半環形子部分。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述第二外圈部分包括四個對稱設置的四分之一環形子部分。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述低能量背散射電子探測器包括半導體探測基底和設置在所述半導體探測基底表面的覆膜，所述覆膜的材料為：鈹、碳或石墨烯，或者這三種材料的任意組合。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述覆膜的厚度≤10nm。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述覆膜的厚度為5-10nm。

在上述低能量背散射電子探測器的優選實施方式中，所述覆膜的厚度<5nm。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)探測器的鍍膜用于避免電荷在探測器表面積累，平衡電子穿過，平衡電位，其對電子的接收效率與電子穿透薄膜的幾率相關，對于低能量的電子來說，覆膜的材料及厚度決定了電子的穿透幾率。電子的穿透幾率正比于材料的原子序數，反比于材料的厚度。傳統的材料為金屬鋁，其原子序數為13，本發明的膜材料采用原子序數小的金屬鈹或碳膜或石墨烯或其結合材料的覆膜，如鈹的原子序數為4，碳的原子序數為6，使得低能電子穿透膜材料的幾率增加，進而增加了電子的探測效率。