Фотопомножувач

Найбільшого поширення у растрових електронних мікроскопах отримали детектори типу сцинтилятор-фотопомножувач, який було розроблено Еверхартом та Торнлі. На рис. 2.11 зображено схему такого детектора.

Рисунок 2.11 – Схема детектора електронів Еверхарта-Торнлі: 1 - зразок; 2 - падаючий пучок електронів; 3 - сцинтилятор; 4 - світловод; 5 - фотоелектронний помножувач (ФЕП); 6 - циліндр Фарадея. Суцільною лінією показані траєкторії відбитих електронів, а штрихованою – вторинних

Електрони з великою енергією потрапляють на сцинтилятор. Він являє собою леговану пластмасу або скло, що здатні випромінювати фотони внаслідок потрапляння на них електронів (наприклад, з’єднання CaF₂ рівномірно леговане європієм). У сцинтиляторі електрони генерують фотонний сигнал, який по світловоду передається на ФЕП. Оскільки на даному етапі сигнал є світловим випромінюванням і може проходити через кварцове скло, то ФЕП розміщується за межами камери об’єкта. Фотони бомбардують перший електрод ФЕП. При цьому вони викликають каскад електронів, які, у свою чергу, на наступних електродах утворюють теж каскад електронів. Таким чином, утворюється імпульс, на виході підсилений у 10⁵ – 10⁶ разів.

Для того, щоб можна було використати сигнал від низькоенергетичних вторинних та збільшити ефективність збору відбитих електронів, сцинтилятор покривають плівкою алюмінію товщиною від 10 до 50 нм, на яку подається потенціал +(10 - 12) кВ. З метою позбавлення впливу високої напруги на падаючий пучок сцинтилятор оточується циліндром Фарадея. Для покращання збору вторинних електронів до циліндра Фарадея прикладається додатний потенціал до +250 В. Така напруга не впливає на падаючий пучок електронів. Для того щоб позбутися вторинних електронів, на циліндр Фарадея подається потенціал -50 В або знімається висока напруга із сцинтилятора. Відмітимо, що електрони з енергією порядку 20 кеВ і більше можуть збуджувати сцинтилятор без прикладення до нього високої напруги.

Із відбитих електронів сцинтилятором збираються лише ті, які рухаються безпосередньо за напрямом сцинтилятора. Ефективність збору становить від 1 до 10 %. Кут виходу для детектора Еверхарта-Торнлі становить 30°. Тілесний кут – 0,05 ст. рад. Діаметр сцинтилятора дорівнює 1 см. Відстань від точки падіння пучка до сцинтилятора – 4 см. Для вторинних електронів кут виходу та тілесний кут збору визначити дуже складно, оскільки вони прискорюються напругою, що прикладається до сцинтилятора.

Відмітимо основні особливості детекторів даного типу:

- електричний сигнал, отриманий за допомогою детекторної системи, має низький рівень шуму та велике підсилення;

- детектуються як відбиті, так і вторинні електрони;

- геометрична ефективність збору відбитих електронів становить від 1 до 10 %;

- ефективність збору вторинних електронів становить 50 %;

- у детекторі можна позбутися сигналу від вторинних електронів завдяки циліндру Фарадея.

Для більш повного збору інформації у РЕМ розроблено ряд детекторів, такі як із ширококутовими сцинтиляторами, з послідовним великим числом сцинтиляторів, детектори з перетворювачем тощо.