Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа Российский патент 2024 года по МПК G01T1/10 

Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа.

Изобретение относится к области регистрации импульсов тормозного рентгеновского излучения с получением информации в виде изображения в градациях яркости морфологии поверхностных и глубинных слоев объекта исследования в растровом электронном микроскопе.

Известен «Детектор рентгеновского излучения с повышенными пространственной однородностью усиления и разрешением и способ изготовления детектора рентгеновского излучения» (RU №2561756, G01T 1/20).

Сущность изобретения заключается в том, что детектор рентгеновского излучения содержит: устройство обнаружения света для обнаружения света, падающего на его поверхность обнаружения; сцинтилляционный слой для преобразования падающих рентгеновских лучей в свет; отражательный слой для отражения света, формируемого в пределах сцинтилляционного слоя, по направлению к устройству обнаружения света; светоизлучающий слой, заключенный между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем, причем расстояние (d) между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем меньше 50 мкм, и при этом светоизлучающий слой содержит органический светоизлучающий диод подсветки.

Недостатками конструкции можно считать сложность и низкую технологичность конструкции, использование дополнительного источника подсветки, стойкого к рентгеновскому излучению, а также недостаточно высокую чувствительность к обнаружению рентгеновского излучения в силу использования в качестве детектора световых квантов со сцинтиллятора матрицу КМОП либо ПЗС.

Известен «Детектор рентгеновского излучения» (RU №174980 U1, A61B 6/00, G01T 1/20).

Сущность полезной модели заключается в том, что в детекторе рентгеновского излучения, содержащим щелевой коллиматор, в створе щелевого канала которого находится линейный матричный приемник полупроводникового типа, каждый из элементов которого имеет сцинтиллятор и фотодиод, соединенный с цифровым преобразователем электрического сигнала, в каждом элементе матричного приемника сцинтиллятор заключен в ячейку квадратной формы, стенки которой изготовлены из металла с высоким атомным номером толщиной 0.5-1 мкм. Предложенная конструкция детектора рентгеновского излучения обеспечивает надежную защиту кристаллических сцинтилляторов от воздействия бокового рассеянного рентгеновского излучения, что приводит к повышению контрастности рентгеновского изображения.

Недостатками конструкции можно считать сложность изготовления и отсутствие защиты кристалла фотодиода от попадания рентгеновского излучения, способного приводить к постепенному накоплению радиационных дефектов и деградации структуры с необратимым ухудшением свойств.

Наиболее полным аналогом предлагаемой конструкции можно считать «Сцинтилляционный детектор для регистрации импульсов мягкого рентгеновского излучения» RU № 2643219 C1 (G01T 1/20). Сущность изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей сцинтилляционного детектора, повышении технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора. Сцинтилляционный детектор для регистрации импульсного мягкого рентгеновского излучения дополнительно содержит световод, разделенный на приемный и передающий отрезки, фильтр излучения выполнен сменным и закреплен в разборном держателе, герметичный соединитель, внутри которого вакуум, плотно установлен приемный отрезок световода таким образом, что торцы приемного отрезка световода и герметичного соединителя расположены в одной плоскости и образуют оптический вход, к которому при помощи прижима поджат пленочный сцинтиллятор, другой торец приемного отрезка световода и оба торца передающего отрезка световода оснащены самоцентрирующимися оптическими коннекторами, герметичный соединитель снабжен вакуумным уплотнением для размещения на стенке-границе вакуумного объема, защитную крышку, установленную на герметичном соединителе поверх прижима и используемую для фиксации разборного держателя, коннекторы приемного и передающего отрезков световода соединены друг с другом с помощью оптического адаптера, другой коннектор передающего отрезка световода подключен к фотоприемнику.

Недостатками известного устройства можно считать сложность и низкую технологичность изготовления устройства, а также использование фотодиода в качестве приемника световых квантов от сцинтиллятора. Фотодиод имеет меньшую чувствительность по сравнению с фотоэлектронным умножителем. Фильтр излучения, устанавливаемый с зазором перед сцинтиллятором не предназначен для пропуска только рентгеновского излучения и не гарантирует полное поглощение электронов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание детектора тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа, позволяющее дополнить его возможностью исследования структуры внутренних подповерхностных областей образца исследования, в отличие от стандартных возможностей микроскопа по исследованию только поверхности образца.

Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей растрового электронного микроскопа, получение дополнительной информации о внутренней структуре объекта исследования.

Технический результат достигается тем, что детектор тормозного рентгеновского излучения состоящий из находящегося в вакууме в камере образцов растрового электронного микроскопа тонкопленочного сцинтилляционного детектора рентгеновских квантов на основе люминофора

К-71 с рабочей длиной волны излучения 450 ± 5 нм и яркостью излучения ≤2,5 кд/Вт с защитой от попадания на него электронов, состоящей из комбинации тонкого слоя бериллия и слюды, закрепленного на торце световода, обеспечивающего оптическую связь детектора с фотоэлектронным умножителем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На фиг.1 показан детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа, где 1 - стенка камеры образцов микроскопа; 2 - сканирующий электронный зонд; 3 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ); 4 - диноды ФЭУ; 5 - резистивный делитель напряжения; 6 - тормозное рентгеновское излучение (кванты); 7 - слой (защита) из бериллия; 8 - слой (защита) из слюды; 9 - рентгеночувствительный тонкопленочный сцинтилляционный элемент на основе люминофора; 10 - фотокатод ФЭУ; 11 - область генерации рентгеновского излучения; 12 - образец исследования; 13 - усилитель сигнала ФЭУ; 14 - световод.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа (фиг.1) содержит дополнительно рентгеночувствительный тонкопленочный сцинтилляционный элемент 9 на основе люминофора К-71 с рабочей длиной волны излучения 450 ± 5 нм и яркостью излучения ≤2,5 кд/Вт с защитой из бериллия (толщиной 5-20 мкм) 7 и защитой из слюды (толщиной 5-20 мкм) 8 от вторичных и обратно рассеянных электронов, генерируемых в образце исследования 12 под действием сканирующего электронного зонда 2 микроскопа и прозрачный для рентгеновского излучения.

Световод 14, обеспечивающий оптическую связь рентгеночувствительного тонкопленочного сцинтилляционного элемента на основе люминофора 9, находящегося в вакууме и фотокатода ФЭУ 10, фотоэлектронного умножителя 3 находящегося на атмосфере, установленного на фланце стенки камеры образцов микроскопа 1. На торце световода 14, находящемся в вакууме в камере образцов микроскопа 1, установлен рентгеночувствительный тонкопленочный сцинтилляционный элемент 9, а к противоположному концу световода 14, находящемуся за пределами камеры образцов микроскопа пристыковывается фотоэлектронный умножитель 3.

В процессе сканирования поверхности образца исследования 12, электронным зондом 2 растрового электронного микроскопа с ускоряющим напряжением, превышающим 8 кВ в образце исследования 12, генерируется тормозное рентгеновское излучение 6 на глубине до единиц мкм. Тормозное рентгеновское излучение 6, выходящее из образца, имеет различную интенсивность в зависимости от внутренней структуры объекта исследования и его локального химического состава. Сигнал от образца исследования 12, представляющий собой смесь рентгеновских квантов и электронов, достигает рентгеновского детектора, при этом электроны задерживаются комбинацией из тонкого слоя (толщиной 5-20 мкм) бериллия 7 и тонкого (толщиной 5-20 мкм) слоя слюды 8, а рентгеновские кванты беспрепятственно попадают на рентгеночувствительный элемент на основе люминофора (сцинтиллятор) 9, вызывая генерацию световых квантов, по световоду 14 достигающих фотокатода 10 фотоэлектронного умножителя 3. С фотокатода 10 электроны поэтапно умножаются на динодах 4, напряжение на которых задается резистивным делителем 5. Усиленный фотоэлектронным умножителем 3 сигнал в дальнейшем обрабатывается электроникой микроскопа, аналогично обработке сигналов со стандартных детекторов электронов, входящих в состав.

Изобретение относится к области регистрации тормозного рентгеновского излучения. Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа состоит из находящегося в вакууме в камере образцов растрового электронного микроскопа тонкопленочного сцинтилляционного детектора рентгеновских квантов на основе люминофора К-71 с рабочей длиной волны излучения 450 ± 5 нм и яркостью излучения ≤2,5 кд/Вт с защитой от попадания на него электронов, состоящей из комбинации тонкого слоя бериллия и слюды, закрепленного на торце световода, обеспечивающего оптическую связь детектора с фотоэлектронным умножителем. Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей растрового электронного микроскопа, получение дополнительной информации о внутренней структуре объекта исследования. 1 ил.

Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа, состоящий из находящегося в вакууме в камере образцов растрового электронного микроскопа тонкопленочного сцинтилляционного детектора рентгеновских квантов на основе люминофора К-71 с рабочей длиной волны излучения 450 ± 5 нм и яркостью излучения ≤2,5 кд/Вт с защитой от попадания на него электронов, состоящей из комбинации тонкого слоя бериллия и слюды, закрепленного на торце световода, обеспечивающего оптическую связь детектора с фотоэлектронным умножителем.