[發(fā)明專利]用于電子顯微鏡的高密度快速衰減磷光體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811453440.7
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN110071030B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·M·詹姆斯;C·G·特雷弗;J·韋伯斯特;D·喬伊斯;N·凱雷皮;S·A·佩恩;Z·M·西利
• 申請（專利權(quán)）人: 加坦公司
• 主分類號: H01J37/244
• 分類號: H01J37/244;H01L27/146
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 彭麗丹;過曉東

本發(fā)明描述了具有相對高發(fā)光的快速衰減的致密磷光體。通過材料選擇、生長和沉積技術(shù)的結(jié)合制造的磷光體薄膜在用于薄膜中時保持了必要的光輸出，這與普通的快速衰減磷光體例如P?46、P?47不同，并且還具有比普通的發(fā)亮磷光體例如P?43衰減得快得多的余輝。在需要非常快速地獲取許多幀/圖像的應(yīng)用中描述了所述磷光體的使用。

相關(guān)申請的交叉引用

本非臨時申請要求2017年11月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)?62/592,895和2017年12月12日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/597,499的優(yōu)先權(quán)。這兩個申請的標(biāo)題均為“用于電子顯微鏡的高密度快速衰減磷光體”。這些臨時申請的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于電子顯微鏡的高密度快速衰減磷光體。

背景技術(shù)

電子顯微鏡使用加速電子束，加速電子通過樣品或被樣品偏轉(zhuǎn)以提供樣品的電子圖像和/或衍射圖案。為了提供這些圖像和/或衍射圖案的記錄，這些電子的至少一部分動能被轉(zhuǎn)換成可以測量并永久存儲的另一種形式的能量。例如，通過將電子撞擊到閃爍體材料(例如，磷光體)上來產(chǎn)生光圖像。在本申請中，“閃爍體”和“磷光體”可互換使用，表示當(dāng)受電離輻射(電子，伽馬射線等)激發(fā)時發(fā)光的材料。如圖1中所示，閃爍體10形成光圖像和/或圖案，該光圖像和/或圖案可以經(jīng)由纖維陣列30在二維成像傳感器20上捕獲。所述成像傳感器可以是電荷耦合器件(CCD)或CMOS 成像檢測器。來自成像傳感器的輸出可以被讀取為模擬信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，并顯示在視頻監(jiān)視器上和/或永久存儲。

一旦加速電子進(jìn)入檢測器(閃爍體)的固體體積，它開始失去能量到固體。能量損失的速率取決于電子的初始能量和它所通過的固體材料。電子也被檢測器的原子周圍的場以改變電子的方向或行進(jìn)路徑的方式隨機(jī)散射。結(jié)果是，相同初始能量的一系列加速電子，在特定點(diǎn)進(jìn)入固體檢測器，將產(chǎn)生一組路徑，這些路徑一起填充類似梨形云的空間區(qū)域，參見圖2A-2E，圖2A-2E分別示出了在60keV，100keV，160keV，200keV和300keV下的電子模擬路徑，因?yàn)樗鼈冊陂W爍體中散射并繼續(xù)在襯底中散射。如圖所示，光束通過頂部兩條白線之間的高密度閃爍體層而散射。然后電子繼續(xù)通過較低密度光纖襯底，并且散射密度降低(例如，與閃爍體層相比，光纖襯底中的電子平均自由程增加)。相關(guān)信息包含在電子撞擊的正下方的閃爍體中的亮區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光中。該區(qū)域必須在三個維度上都保持較小。散射區(qū)域的體積可以定義為所有可能路徑的包絡(luò)線，并且被稱為檢測器中電子束的相互作用體積。電子束的能量和檢測器材料(即磷光體)的平均原子數(shù)密度(Z密度)一起確定了電子路徑的平均行為，并因此確定了相互作用體積的大小和形狀。

更高的電子能量導(dǎo)致相互作用體積更大，而檢測器中更密集的材料將使其更小。高能電子與檢測器的固體材料的體積的相互作用產(chǎn)生擴(kuò)散和噪聲，這構(gòu)成了對從入射電子圖像可獲得的空間和強(qiáng)度信息量的主要限制。

減少相互作用體積的一種方法是使閃爍體盡可能薄。這種方法的缺點(diǎn)在于，在閃爍體中僅利用每個電子能量的一小部分，并且該部分隨著能量增加而變小，限制了靈敏度。這可以在圖3中看到，圖3是沉積能量與厚度關(guān)系的模擬，表明較低能量(120keV)在12μm至20μm之后大致停止能量沉積。注意，大部分能量沉積在薄膜的頂部10μm中。如圖2A-2E所示，隨著能量進(jìn)一步沉積到閃爍體中，圖像平面中沉積的寬度增加-因此需要薄且致密的閃爍體。

增加閃爍體厚度增加了靈敏度，但也增加了散射并降低了成像檢測器上的分辨率。在薄膜的情況下，閃爍體材料的密度變得重要。對于給定的厚度，較高密度的材料將比較低密度的材料更多地與電子束相互作用，因此相互作用體積減小，同時產(chǎn)生的信號增加。記錄這些圖像和圖案的任何傳感器成像裝置的最終分辨率由以下的組合效應(yīng)確定：1)閃爍體材料中的原子和閃爍體的支撐結(jié)構(gòu)對入射電子的散射，2)產(chǎn)生電子的光子通過閃爍體中的邊界和顆粒表面擴(kuò)散和隨機(jī)散射，3)閃爍體顆粒的粒度和膜中的光學(xué)散射，4)從閃爍體到傳感器成像裝置的傳遞光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，以及5) 傳感器成像裝置的固有分辨率。