一种光电探测器

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种光电探测器。

背景技术

阴极荧光光谱分析技术是利用电子束轰击样品材料后，导致带隙或者缺陷位置中电子跃迁，从而辐射紫外、可见光或者红外光的一种技术。当使阴极荧光光谱(CL)和电子显微镜结合后，电子束斑极小，因而可以实现nm级别空间分辨率，对于研究材料中亚纳米级别缺陷分布、载流子动力学、界面衬度分析、应力应变和能带结构具有较大的优势。因此，通过阴极荧光光谱(CL)能够分析并反映材料本身物理特性.

电子束激发阴极荧光信号的探测与扫描电子显微镜同时成像目前很难做到，若同时成像更容易检测到样品表面的缺陷。目前阴极荧光探测是通过旁侧式阴极荧光探测器实现的，这种方式存在的不足包括：

1、旁侧式阴极荧光探测器接收的空间角度较小，收集效率低；

2、旁侧式阴极荧光探测器占用空间大，遮挡二次电子、背散射电子等反射电子的路径，使得扫描电子显微镜不能同时探测阴极荧光和信号电子；

3、传统使用方式是平插式，收集效率只有20％；

4、中国专利CN113675060A中使用的平侧插入方式，但其中使用PD镜作为反射镜，主要是椭球镜和抛边镜两种，它重量大，不好打磨，安装难度大、占用空间大、固定角度单一，且反射效率不够高。

因此，有必要研究一种光电探测器来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光电探测器，能够实现阴极荧光信号与电子信号同时探测，且极大提高荧光信号的收集效率。

本发明提供一种光电探测器，所述光电探测器包括电子源、加速电极、物镜、反射光栅、CL荧光探测器和BSE探测器；

所述电子源设置在顶部正中，产生垂直向的电子束；所述加速电极设置在所述电子源下方；所述物镜设于所述加速电极的下方；所述BSE探测器设置在所述物镜的下方；待扫描的样品设置在最底部；

所述加速电极、所述物镜和所述BSE探测器同轴设置，所述电子束依次穿过所述加速电极、所述物镜、所述BSE探测器后照射在所述样品的表面；

所述BSE探测器接收经样品反射的背散射电子；

所述反射光栅和所述CL荧光探测器均设置在所述BSE探测器的外围，并将经所述样品上表面传来的光子反射到所述CL荧光探测器上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅设置在所述物镜下方、所述BSE探测器上方；所述CL荧光探测器设置在所述反射光栅下方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅设置在所述BSE探测器下方、所述样品上方；所述CL荧光探测器设置在所述反射光栅上方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅的反射面上开设有若干弧形面。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅的弧形面上覆设有SiO

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述BSE探测器的下端覆设有荧光反射膜；

所述样品的上表面、所述荧光反射膜和所述CL荧光探测器依次光连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述荧光反射膜为金属膜、铝膜或银膜。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述CL荧光探测器为CL彩色荧光探测器；所述CL彩色荧光探测器包括若干PMT电子倍增器和设置在所述PMT电子倍增器前端的彩色滤光片。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅为环形，所述环形的纵向截面为类三角形或类板状。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反射光栅的反射面与水平面之间的夹角不超过60゜。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的反射光栅的设置角度可以根据情况进行调整，且具有多个弧形反射面，能够将样品四周不同角度的光子反射到探测器上，实现大范围收集光子，提高光电探测器的收集效率，收集效率可达85％。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明光电探测器的第一种实施方式的整体结构示意图；

图2是本发明光电探测器的第二种实施方式的整体结构示意图；

图3是本发明光电探测器的第三种实施方式的整体结构示意图；

图4是本发明光电探测器的第四种实施方式的整体结构示意图；

图5是本发明提供的几种反射光栅结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的光电探测器的俯视图；

图7是本发明另一个实施例提供的光电探测器的俯视图。

其中，图中：

1、电子源；2、加速电极；3、电子束；4、物镜；5、反射光栅；6、CL荧光探测器；7、BSE探测器；8、样品；9、CL彩色荧光探测器；10、彩色滤光片；11、偏转装置。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种光电探测器，由多个打磨成弧形的光栅组合成角度可调的反射光栅，反射光栅将由样品四周的不同角度的光子反射到光子检测器上，实现大范围收集光子，光电探测器的收集效率非常高。

该光电探测器，包括：

电子源，用于产生电子束；

加速电极，用于对电子源发射的电子束进行加速；

物镜，用于聚焦电子束；

背散射电子(BSE)探测器，用于接收电子束作用于所述样品上产生的电子；

CL荧光探测器，用于接收电子束作用于所述样品上产生的光子；

反射光栅，设置在背散射电子(BSE)检测器下方、CL荧光探测器的上方，也可以设置在背散射电子(BSE)检测器和CL荧光探测器的下方，用于将样品上产生的光子反射到CL荧光探测器上。

其中，CL荧光探测器可以是CL彩色荧光探测器，用于探测特定颜色的光，从而得到彩色的CL。CL彩色荧光探测器可以采用在CL荧光探测器前端装配彩色滤光片的方式来实现，过滤掉其他电子并且可以做成彩色CL。CL荧光探测器也可以换做其他探测器，例如二次电子探测器。

所述的反射光栅整体呈环形(图6和图7中显示出了反射光栅的俯视结构为环形)，其反射面上设有若干反射弧面，反射弧面可以通过打磨加工获得，也可以通过刻蚀加工得到。反射光栅的反射弧面上均覆设SiO

本发明反射光栅斜置的具有若干反射弧面的反射结构，可以把不同角度的光子都反射到CL荧光探测器上，增大收集效率。

实施例1：

如图1和图2所示，为本实施例提供到的两种光电探测器。

在该实施例中，电子源1设置在顶部正中，产生垂直向的电子束3。加速电极2设置在电子源1下方。物镜4设于加速电极2的下方。BSE探测器7设置在物镜4的下方。样品8设置在最底部正中。加速电极2、物镜4、BSE探测器7同轴设置，电子束3依次穿过加速电极2、物镜4、BSE探测器7后照射在样品8的表面，经样品8反射的背散射电子被BSE探测器7接收实现背散射电子探测。

BSE探测器7的外围设有反射光栅5，反射光栅5的下方设有CL荧光探测器6。反射光栅5将样品8上产生的光子反射到CL荧光探测器6处供CL荧光探测器6接收探测。

BSE探测器7整体呈圆环形，CL荧光探测器6整体也呈圆环形，反射光栅5整体也呈圆环形。BSE探测器7和反射光栅5以及CL荧光探测器6同轴心，轴心为电子源1所产生的电子束的主光轴中心。

该实施例通过在样品四周的上方设置由多个弧面圆环组成的反射光栅5将样品8四周的光子反射到CL荧光探测器6上，实现大范围收集光子，CL荧光探测器6的接收效率高。并且反射光栅下表面覆设SiO

在该实施例中，CL荧光探测器6位于电子源1和样品8之间，具体地，CL荧光探测器6位于BSE探测器7下方与样品上方，CL荧光探测器6水平设置且设于反射光栅5的下方，正好接收经反射光栅5反射下来的光子实现探测。如图1中的反射光栅5为具有截面为类三角形且具有若干圆弧形反射面的结构，图2中的反射光栅5为类板状且具有若干圆弧形反射面的结构。截面为类三角形的反射光栅制备时，先用打磨机将长方体的反射光栅本体打磨出一个斜面，然后在该斜面上打磨出至少两个弧形面，弧形面整体均呈环形，弧形面能够将各个角度入射来的光子进行反射，从而增大CL荧光探测器6收集光子的范围，提高接收效率。

电子源1分为场致发射源和热发射源，场致发射源又分为热场和冷场两种，热发射源分为钨丝、六硼化镧等。在本发明中电子源1可以是任意一种用于产生电子束的电子源1。电子束3作用于样品8上会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、阴极荧光和X射线等。CL荧光探测器6用于接收电子束作用于样品上产生的阴极荧光。

作为一种优选的实施方式，BSE探测器7的下端覆设有金属膜、铝膜、银膜等能够反射荧光的薄膜，入射到BSE探测器7下表面的光子，经过上述反射膜反射到CL荧光探测器6，增加了CL荧光探测器6的接收效率。

加速电极2为阳极，沿着电子束发射方向，用于形成一电场，增加电子束的运动速度。物镜4用于控制电子源1所发出电子束的束流大小和电子束前进方向。物镜4将电子束聚焦到样品上并进行扫描。物镜可以为磁透镜、或者是电透镜、或者是电磁复合透镜。

本发明的光电探测器还设有偏转装置11，用于改变入射到样品前的电子束的运动方向，能够产生任意偏转方向的扫描场。偏转装置11可以为磁偏转装置，或者是电偏转装置。

实施例2：

该实施例与实施例1的区别在于CL荧光探测器6和反射光栅5的设置位置。在该实施例中，如图3所示，CL荧光探测器6位于物镜4下方、BSE探测器7上方，CL荧光探测器6在水平向与BSE探测器7的位置关系是：CL荧光探测器6位于BSE探测器7的外侧。反射光栅5位于CL荧光探测器和BSE探测器7的下方，且整体反射面与水平面之间具有不超过60゜的夹角。

实施例3：

该实施例与实施例1的区别在于将CL荧光探测器6换成CL彩色荧光探测器9。CL彩色荧光探测器9的实现方式是在现有PMT电子倍增器的前端设置彩色滤光片10，如图4所示。由于PMT电子倍增器前端有一层玻璃，可以起到过滤电子的作用，只对光子进行收集，提高荧光图像的采集质量。该实施例中，PMT电子倍增器的数量可以是多个，不同PMT电子倍增器前端的彩色滤光片10为不同颜色，从而可以实现多个光电倍增器各自探测不同颜色的光，增加收集效率，提高图像分辨率。

以上对本申请实施例所提供的一种光电探测器，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。