专利名称：在气态环境中使用的改进型电子探测器的制作方法
本申请是下列两个专利申请的部分连续申1987年5月21日受理的美国专利申请NO.052700、名称为在气态气氛中使用的二次电子探测器;和1988年2月19日受理的美国专利申请NO.158208、名称为用于环境扫描电子显微镜的集成电子光学/差动泵激(Differentialpumping)/图像信号探测系统。
本发明涉及环境扫描电子显微镜(ESEM)技术领域，特别是涉及一种环境扫描电子显微镜，即在该环境扫描电子显微镜中设有一种用于确定探测值和信号分离的气态探测装置的实用多电极结构。
与标准扫描电子显微镜(SEM)相比，环境扫描电子显微镜(ESEM)的优越性在于它能够产生潮湿或非导电性样品(如生物材料、塑料、陶瓷、纤维)的高分辨率电子图像，这些样品在SEM的普通真空环境中是很难成像的。ESEM允许样品保持其“自然”状态，而不遭受由于烘干冷冻或高真空电子束观测通常所需的真空涂敷造成的失真影响。再者，在ESEM样品室中容易承受的相对高的气体压强对消除表面充电起到有效作用，这种表面充电通常是在非导电性样品上形成，从而阻碍高质量图像显示。ESEM还允许对液体传输、化学反应、溶解、水合，结晶和其它在相对高的汽压下发生的过程，以及许多其它在标准SEM样品室中允许过程的进行直接的实时观测。
这种成像能力方面的技术优越性将微观现象的神秘世界在很宽的领域内展现给观察者，这些领域包括，但不限于医学，生物，食品和药品技术，地质，合成材料，纺织品，半导体和法庭论证，简言之，包括标准SEM难以成像的样品的任何领域。
然而，已实现的现有的ESEM设计中的一个固有问题是气态探测装置难以使碰撞样品的电子束所发射的各种信号分离开，例如，低能二次电子，高能背散射电子，小角度反射电子和大角度反射电子束发射的信号。因此，本发明提供一种用于气态探测装置的实用多电极结构，它允许在ESEM中确定探测值和信号分离，所以这种ESEM提供了更好的成像能力。
进一步，在现有的ESEM中，电子探测器与压强限制孔是整体设置。正偏压探测电极/压强限制孔和样品支撑体(在地面上)形成一个平行平板电容器，其中电势能随横跨该间隙距离均匀降低，也就是说，自由电子无论在间隙中的位置如何都会经历向着正电极方向的均匀加速过程，且已发现，如果在样品和探测电极间放置一个电绝缘屏或栅，ESEM中的信号收集会有显著改善。通过对该栅(和/或样品支撑体)施加适当的换算电压，可以将收集区或“探测值”分成两个场强独立的区域，一个在栅的上方，另一个在栅下方，该栅则成为这个电子探测系统中的控制元件。
本发明的一个总目的是提供一种在气态环境中使用的改进的电子探测器。
本发明的另一个目的是提供一种用于环境扫描电子显微镜的改进的电子探测器，它允许对液体传输，化学反应，溶解，水合，结晶和其它在相对高的汽压下发生的过程进行直接的实时观测。
本发明的另一个目的是提供一种用于扫描电子显微镜的改进的电子探测器，这种探测器能分离从样品表面发射的各种信号，例如低能二次电子，高能背散射电子，小角度和大角度反射电子。
本发明的另一个目的是提供一种用于环境扫描电子显微镜的电子探测器，它能确定ESEM中的探测值。
本发明的另一个目的是提供一种用于环境扫描电子显微镜的电子探测器，它基本上是环状结构，且有一组同心的弧状部件，这些弧状部件最初加相同的电势能的偏压，以收集样品表面发出的各种信号。
本发明的另一个目的是提供一种用于环境扫描电子显微镜的电子探测器，其中一个三元电极阵列(athreedimensionalarrajofelectrodes)基本位于压强限制孔平面内或刚处于其下方，或位于该孔上方或下方的一些平面内。
本发明的另一个目的是提供一种用于环境扫描电子显微镜的电子探测器，其中，为了信号分离，滤波和放大，在一组电极上施加正和/或负偏压。
本发明的另一个目的是提供一种具有加偏压的栅的环境扫描电子显微镜，所述加偏压的栅位于样品支撑体和电子探测器之间，以便于由束-样品相互作用产生的电子束流能容易地按能量分离。
本发明的另一个目的是提供一种在样品室中具有加偏压的栅的环境扫描电子显微镜，它能容易地调整和控制信号在气态环境中的放大，该信号是由样品室的气态环境引起并从样品发射出的。
本发明的另一个目的是提供一种样品室中具有加偏压的栅的环境扫描电子显微镜，这样可使信噪比得到改善以适于高分辨率成像信号。
本发明的其它目的和优越性将从详细说明和附图中显示，在图中相同的数字表示相同的部件。
本发明主要涉及一种改进的环境扫描电子显微镜，特别是涉及一种用于环境扫描电子显微镜的改进的电子探测器，这种探测器用于分离从样品表面发射的各种信号，例如低能二次电子，高能背散射电子和小角度及大角度反射电子。
在一个优选的实施例中，电子显微镜包括一个用于产生电子束并将电子束导引向被测样品的电子枪。电子显微镜的真空系统包括一个基本上为柱状的物镜磁室，它包括一个低端具有一个压强限制孔的同轴设置的真空直管。物镜室还包括一个电子束聚焦装置，它能导引电子枪发射的电子束跨越压强限制孔的直径。
室位于物镜组件下方，并能保持封闭于所体中的样品与压强限制孔对准这样样品表面就暴露给被聚焦的电子束。在样品室中有一个样品座，它可将样品支撑在压强限制孔下约1至10mm处，从而允许聚焦的电子束的样品相互作用。
根据本发明的一个主要目的，本发明的环境扫描电子显微镜包括一种几何形状合理的电子探测器结构，它用于分离样品表面发射出的各种信号，即低能二次电子，高能背散射电子，小角度反射电子和大角度反射电子。这些不同的信号记载关于样品的信息，对显微镜科学研究者来说，为得到能量和角度关系，这种信息是很重要的。
尤其特殊的是这种结构包括一个与压强限制孔整体形成的电子探测器。该压强限制孔探测器一般施加一定电势能的偏压，但为提高成像能力，电势能可以改变。此外，在样品室中样品表面上方压强限制孔处或紧靠其下有一基本上为环状的三元电极组件。不过，该电极组件也能位于压强限制孔的上方或下方的平面内。该环状电极组件包括由细的丝环制成的内层电极探测器，丝环的丝粗约为50至100微米，且最好是金属的。环的直径稍大于在压强限制孔的直径。内层电子探测器主要收集放大的二次电子信号。这个基本上是环状的电极组件还包括一个中间电子探测器，它位于沿半径方向上内层电子探测器之外，它由第一组同心的弧状部件形成。中间电子探测器内径约0.8mm，外径约3mm。中间电子探测器主要收集放大的二次电子和背散射电子信号的混合信号在混合信号。中各信号的相对强度取决于压强，样品距离和所用电极偏压等参数。环状电极组件进一步还包括一个外层电子探测器，它位于沿半径方向中间电子探测器之外，它由第二组同心的弧状部件构成。外层电子探测器主要收集小角度反射信号。为获得定向的外表对比度，中间和外层电子探测器均分隔成同心弧状部件，并彼此基本相对或正交设置。此外，该环状电极组件的内层，中间和外层电子探测器处于同一水平面内。
最后，另一个电子探测器被置于孔载体中压强限制孔上方。该电子探测器主要收集大角度反射信号，它最好由一个金属细环制成。
最初，内层，中间和外层电子探测器具有相同电势能的偏压。来自各电极的所有信号首先通过调节电极偏压，然后通过电子装置(混合与处理)得到增值。为了信号的分离，滤波和放大，电极上可施加正和/或负电压偏压。从样品发出的信号以其自身的能量和/或电极的电场产生的电子/离子的部分能量电离在压强限制孔上方和下方两个区域的气体。
电极的电输出传送来自样品的信息，该信息由公知的电子显微分析法分析和显示。为得到此结果，本发明的环境扫描电子显微镜包括一个与环状电极组件的各个电子探测器相连的分离电流放大器，它接收每个环状电极组件探测器所控制的电流。另外与每个环状电极组件电子探测器相连的每个放大器可以独立地连接到不同的偏压装置，这些装置分开地供给每个电子探测器偏压。
对于一种具有一个与压强限制孔整体形成的探测器，基本是环状的电极组件和孔载体电极探测器的ESEM，采用这种气态探测器装置的几何结构，可得到一种适于确定探测值和信号分离的实用的多电极结构。
此外，可将一个电绝缘屏或栅置于样品和电极探测器之间。该栅所加的偏置电势能大于样品座上施加的电势能但小于电子探测器上施加的电势能。为了增强二次电子的加速和放大，该栅最好置于相对于电子探测器来说更靠近样品座的位置。
这种屏给ESEM中的信号的收集的放大带来显著的改善。通过对该栅(和/或样品台)施加适当的换算电压，可以将收集区域或“探测值”分成两个场强独立的区域，一个在栅之上面，另一个在栅下面。该栅因此成为该系统中的一个控制部件，使得该系统能更容易地分离由束～样品相至作用产生的电子束流的各种成份，气态放大倍数能更容易地调整和控制。对于高分辨率(二次电子)成像信号，信噪比得以改善。因此，二次电子的级联放大增强。这样，这个栅就使探测器收集的信号的清晰度得到显著提高，这种提高是由这些信号的分离增强引起的。
通过实例给出的下述详细阐述与附图相结合能最好地理解本发明，但这并不意味着本发明仅仅限于所述的特别实施例，其中
图1是本发明的环境扫描电子显微镜的一个优选实施例的剖视图(未按比例)。
图2是沿图1的2-2线获得的顶视图。
图3是本发明的环境扫描电子显微镜的另一个优选实施例的剖视图(未按比例)。
图4是本发明的环境扫描电子显微镜的又一个优选实施例的剖视图(未按比例)。
参照图1，所示的环境扫描电子显微镜(“ESEM”)包括产生，放大和探测从被测样品的表面发射出的二次电子和背散射电子的装置。一束由电子枪12发射的电子通过物镜组11的电子光学园管10。真空光学园管10包括一个位于其低端的最终级压强限制孔14。压强限制孔14是在孔载体15的低端形成的，该孔载体15曾在1988年2月19日受理的美国专利申请NO.158208中讨论过，该申请的主题可作参考。该孔载体包括位于最终级压强限止孔14上方的第二压强控制孔17，它与电子光学园管10直接连通。最终级压强限制孔14的直径大约最好为500微米。电子束通过用于聚焦该束的磁透镜16和18。聚焦装置20位于与真空园管相邻的物镜组件11中，并能导引电子束通过最终级压强限制孔14。
通过最终级压强限制孔14的电子束相继导入样品室22，并在其中碰撞由样品台26支撑的样品24。样品座或台26位于样品室22中，并且为支撑样品而被置于最终级压强限制孔14下面约1至10mm处，以便于电子束和样品相至作用。样品室设在真空光学园管10下方，并能保持样品24封于气体中，最好是氮气或水蒸汽，气压约在1至25乇之间，以便于和压强限制孔配准，从而使样品表面暴露于由电子枪发出并直接通过压强限制孔14的带电粒子束中。
由于这种ESEM的气态探测装置的特殊几何结构，从样品发射出的各种信号能够被分离而得到更好的成像能力。在本发明的一个优选实施例中，ESEM包括五个电极。首先，从品样表面发出的低能二次电子碰撞到与最终级压强限制孔14整体形成的电子探测器28上。压强限制孔探测器28施加予定电势能的偏电压，以防止从样品发出的二次电子通过其开孔逸散。因此，整个压强限制孔探测器惧要放大的低能二次电子信号。
三个分别标为30，32和34的电极整体包含于一个总的环状电极组件36中(见图1和图2)。总的环状电极组件36的内层电子探测器30由一个薄环形成且最好是由金属制成。在该优选实施例中，内层电子探测器是一把约50至100微未粗的细导线。内层电子探测器30的直径稍大于压强限制孔14的直径，且紧靠但分开地置于其下。然而，电极组件36能设置于压强限制孔14上方或下方。内层电子探测器收集从样品表面发出的放大的低能二次电子。
环状电极组件36的中间电子探测器32沿半径置于内层电子探测器30外部，并由第一组同心的，间隔开的，基本平的弧状部件构成，如38a和38b(见图2)。如图所1示，中间环状电子探测器32最好具有约0.8mm的内径和约3mm的外径。按该设计，中间电子探测器主要收集从样品表面发出的高能二次电子和背散射电子信号的混合放大信号，在混合信号中的各信号相对强度取决于压强，样品距离和所用的电极偏压等参数。
环状电极组件36的外层电子探测器38沿半径方向位于中间电子探测器32外部，并由第二组同心的，间隔开的，基本平的弧状部件构成，如40a和40b。外层环状电子探测器34收集放大的小角度背散射反射信号，该信号表示样品的外形。反射信号的角度定义为从样品的水平面发出的成像信号的入射度。
为获得更宽光谱成像能力，如外表，中间环状电子探测器32的同心弧状部件38a和38b与外层电子探测器的同心弧状部件40a和40b被分割成相同部分，它们的分割最好彼此基本为正交方位。通过对弧状部件的一半的输出从另一半的输出中进行电减除，由Z轴反差抑制的外形明暗(topographiwcshadingbgz-contrastSuppression)通常与典型的背散射电子探测器结合能被影响。
为收集从样品24表面发出的大角度背散射电子，另一个探测器42置于最终级压强限制孔14之上方，但低于高压限制孔17，在孔载体15中。孔载体探测器42由一细环构成，且最好由金属制成。该环状电极42位于压强限制孔14上方，用于检测从压强限制孔14逸出的背散射电子引起的电离，同时收集放大的大角度背散射反射信号，该信号表示原子序数对比率(atomicnumbercontrast)。
总之，探测器在此是以如下方式分离各种信号。压强限制孔探测器28和内层电子探测器30将主要收集放大的低能二次电子相对信号。环状电极组件的中间电子探测器32将主要收集放大的高能背散射电子信号。外层电子探测器34将主要收集放大的小角度背散射反射信号，该信号表示外形对比度(topographjcontrast)，同时，压强限制孔14上方的孔载体电子探测器42将主要收集放大的大角度背散射反射信号，该信号表示原子序数对比率。背散射电子的很小一部分可与二次电子混合，如果是可见的，这小部分可借助于其它电极发出的信号被电减除，这些其它电极的控制是首先调整电极偏压，尔后通过电子装置(混合和处理)。
虽然环状电极组组件36内层，中间和外层电子探测器30、32和34基本位于同一水平面内，但这三个电极是隔开的，且具有相同电势能的初始偏压，最好选400伏。然而，五个电极中的每一个为了信号分离，滤波和放大，可用正的和/或负的可变化的偏置电压。从样品发出的信号以其自身的能和/或由电极的电场施予电子离子的能量电离位于压强限制孔14上方和下方两个区域的气体。
五个电极的电输出记载从样品发出的信息，该信息用公知的电子显微学方法分析和显示。特别是三个电子探测器30，32和34分别独立地与一个单独的电流放大器如44，46和48(见图1)相连，或各自与一个连接于公共可调电压源的单独的放大器相连，它能放大从三个电子探测器收到的信号(见图3)。压强限制孔探测器28和孔载体探测器42分别独自连接到单独的电流放大器52和54，它们放大从这两个电极收到的信号。放大器44，46和48在探测器偏置电压上浮动，并相应地与接地的视频电路如62，64和66全频带耦合。视频电路与显示装置相连。
鉴于该ESEM的气态探测装置的几何结构，低能二次电子，高能背散射电子，小角度反射电子和大角度反射电子得以被收集。因此，该ESEM保证了增大的成像能力，特别是借助外形和原子序数对比率。
在上述的电子探测器系统中，与压强限制孔整体形成的正偏压的探测器电极和样品支撑体(接地)形成一平行平板电容器，其中电势能随横跨“平板间”间隙的距离均匀降低。由于该间隙中场强是均匀的，无论处在间隙中何处，电子都会经历向着正电极(即压强控制孔电极)的均匀加速过程。
若将一个电绝缘屏或栅70(见图4)置于样品和探测电极之间，ESEM中信号的收集和放大会得到显著改善。栅70最好由金属丝网做成。对该栅和/或样品支撑体施加适当的换算电压，可将收集区域或“探测值”分成两个场强独立的区间，一个在栅上方，一个在栅下方。
作为一个例子，若样品座和压强限制孔电极探测器28之间距为10mm，控制栅70置于距样品座261mm处，压强限制孔电极偏压为+300伏，控制栅偏压为+90伏，样品座接地，那么从样品发射出的低能电子将被优选放大。
因此，栅成为该系统中的控制元件，利用此控制栅，束一样品相互作用产生的电子束流的各种成分得以更容易地分离。栅上施加负电压时，会减弱从样品发出的低能二次电子量，当施加正电压时，则会增强其汇集。
换言之，气态放大系数能更容易地调整和控制。由于气体倍增放应主要取决于气体压强和场强，在给定压强下，单电极系统的工作距离会受到严格限制。再者，放大弱信号所需的高场强会导致在压强限制孔附近产生不希望的气体击穿，因为此处相对接地金属的间隙是极小的。偏压栅的使用允许在这两个区域有更多的工作自由。
进一步，高分辨率(二次电子)成像信号的信噪比会得到改善。和单电极系统相比所具有的这一主要优点是基于如下事实，从样品表面发出的二次电子被栅下方的强场优先放大，而背散射产生的自由电子和在栅上方产生的其它外来信号受到栅上方区域内的相对弱的场的较弱的放大，这使得成像信号具有更多的表面细节和更好的对比度。
上述控制栅可以用图1和图3中的电极探测器结构实现，也可在下述任何条件下实现，即电极置于控制栅上方，控制栅上所加偏置电势能大于样品座上施加的电势能而小于电极探测器上施加的电势能。按此设置，为了二次电子的更强的放大需提供更强的信号加速。
本发明已参考几个优选实施例给予详细展示和说明，对于本领域的普通技术人员来说，不脱离本发明的精神和范围的各种变化和改进都是易于理解的。这意味着所附权利要求应理解为包括上述内容以及其它各种变化和改进。
权利要求
1.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)产生电子束并引导电子束射向样品的装置；(b)探测从样品表面发射出的信号装置；所述探测装置包括一个基本是环状的电极组件，该电极组件具有一个细环形成的内层电子探测器，一个沿半径方向位于所述内层电子探测器之外的中间电子探测器，它由第一组同心的弧状部件构成，以及一个沿半径方向位于所述中间电子探测器之外的外层电子探测器，它由第二组同心的弧状部件构成，为得到定向的外表对比度，所述第一组同心的弧状部件和所述第二组同心的弧状部件基本是正交的，所述内层，中层和外层电子探测器基本位于同一水平面上(c)分别对所述内层，中间和外层电子探测器加初始相同电势能偏压的装置。
2.根据权利要求1所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述内层电子探测器是一根约50至100微米粗的丝。
3.根据权利要求1所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述内层电子探测器由金属制成。
4.根据权利要求1所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述的中间的电子探测器内径约为0.8mm，外径约为3mm。
5.根据权利要求1所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述的内层，中间和外层电子探测器初始偏压约为400伏。
6.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)一个低端具有一压强限制孔的真空园管;(b)一个位于真空园管中能发射带电粒子束的带电粒子束源;(c)位于真空园管中的聚焦装置，它能导引由所述带电粒子束源发射的带电粒子束穿过所述压强限制孔;(d)一个位于所述压强限制孔下方的样品室，它能使封于压强约为1至25乇的气体中的样品保持和压强限制孔对准，这样，样品表面就暴露给由带电粒子束源发射的并被导引穿过所述压强限制孔的带电粒子束;(e)一个位于所述样品室中的样品座，为支撑所述样品其位于所述压强限制孔下约1mm处，从而允许聚焦的电子束与所述样品相互作用;(f)用于探测从样品表面发出的信号的第一装置，所述第一探测装置包括一个基本是环状的电极组件，该电极组件具有一个细环形成的内层电子探测器，一个沿半径方向位于所述内层电子探测器之外的中间电子探测器，它由第一组同心的弧状部件构成，和一个沿半径方向位于所述中间电子探测器之外的外层电子探测品，它由第二组同心的弧状部件构成，所述第一组同心的弧状部件基本垂直于第二组同心的弧状部件，所述内层，中间和外层电子探测器基本沿同一水平面排列，以及(g)分别对所述内层，中间和外层电子探测器加初始相同电势能偏压的装置。
7.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述压强限制孔的直径约为500微米。
8.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述内层电子探测器是一根粗约50至100微米的丝。
9.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述内层电子探测器是由金属制成的。
10.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述样品室被封闭于氮气中。
11.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述中间电子探测器的内径约为0.8mm，外径约为3mm。
12.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述压强限制孔包括与之整体形成的，为探测从所述样品发出的信号的第三装置。
13.根据权利要求12所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第二探测装置的初始偏压为予定的电势能。
14.根据权利要求12所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第二探测装置能够加不同的电势能的偏压。
15.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，它进一步包括为探测从所述样品发出的信号的第三装置，该装置位于孔载体中所述压强限制孔上方。
16.根据权利要求15所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第三探测装置是一个最好由金属制成的细环。
17.根据权利要求15所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第三探测装置能够加不同电势能的偏压。
18.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述内层电子探测器主要收集放大的低能二次电子信号。
19.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述中间电子探测器主要收集放大的高能背散射相对信号。
20.根据权利要求6所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述外层电子探测器主要收集放大的小角度反射信号。
21.根据权利要求12所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第二探测装置主要收集放大的低能二次电子信号。
22.根据权利要求15所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第三探测装置主要收集放大的大角度反射信号。
23.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)产生电子束和导引电子束射向样品的装置;和(b)探测样品表面发出的信号的装置，所述探测装置包括一个基本是环状的电极组件，该电极组件具有一组同心的弧状部件，这些部件能被加于不同的电势能的偏压。
24.一种在环境扫描电子显微镜中用于探测从所需检测的样品表面发射出的信号的装置，该装置包括一个基本环状的电极组件，该电极组件具有一个由细环形成的内层电子探测器，一个沿半径方向位于所述内层电子探测器之外的中间电子探测器，它由第一组同心的弧状部件构成，和一个沿半径方向位于所述中间电子探测器之外的外层电子探测器，它由第二组同心的弧状部件构成;所述第一组同心的弧状部件与第二组同心的弧状部件基本正交设置;所述内层，中间和外层电子探测器基本沿同一水平面排列。
25.根据权利要求24所述的装置，它进一步包括分别对所述内层，中层和外层电子探测器加初始相同电势能偏压的装置。
26.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)一个基本为筒状的物镜磁室，它包括一个带有一压强限制孔的同轴设置的真空直管，并包括使通过所述直管射向样品的电子束磁聚焦的装置;(b)一个位于所述物镜下方的样品室，所述样品室能够使封于气体中的样品保持与压强限制孔对准，这样，样品的表面就能暴露给聚焦的电子束(c)探测从样品表面发出的信号的装置，所述探测装置包括;(1)与所述压强限制孔整体形成的第一电子探测器;(2)位于所述压强限制孔下方由一个细环形成的第二电子探测器;(3)沿半径方向位于所述第二电子探测器之外的第三和第四电子探测器，它们分别由一组同心的弧状部件构成;和(4)位于所述压强限制孔上方的第五电子探测器。
27.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，它进一步包括对每个电子探测器加初始相同电势能偏压的装置。
28.根据权利要求27所述的改进的环境扫描电子显微镜，它进一步包括记录每个所述探测器探测到的信息的装置，所述记录装置包括与每个所述探测器相连用于接收每个所述电极收集的电流的分离电流放大器。
29.根据权利要求27所述的改进的环境扫描电子显微镜，它进一步包括记录每个所述电极探测到的信息的装置，所述记录装置包括一个与每个所述偏压装置相连，用于独立接收每个所述探测器收集的电流的单电流放大器。
30.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述压强限制孔的直径约为500微米，所述第二探测器具有约50至100微米的粗丝。
31.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第二探测器由金属制成。
32.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第三探测器的内径约为0.8mm，外径约为3mm。
33.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第三和第四电子探测器的同心弧状部件基本彼此相对设置，以便得到定向的外表对比度。
34.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述第二电子探测器主要收集放大的二次电子信号。
35.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第三电子探测器主要收集放大的高能背散射相对信号。
36.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第四电子探测器主要收集放大的相对的小角度反射信号。
37.根据权利要求26所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第五电子探测器主要收集放大的大角度反射信号。
38.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)一个低端具有一压强限制孔的真空园管;(b)一个位于真空园管中能发射穿过所述压强限制孔的带电粒子束的带电粒子束源;(c)位于真空园管中的聚焦装置，它能导引由所述带电粒子束源发射的带电粒束穿过所述压强限制孔;(d)一个位于所述压强限制孔下方的样品室，它能使封于压强约为1至25乇的气体中的样品保持和压强限制孔对准，这样，样品表面就暴露给由带电粒子束源发射的，并被导引穿过所述压强限制孔的带电粒子束;(e)一个位于所述样品室中的样品座，为支撑所述样品，其位于所述压强限制孔下约1至20mm处，从而允许聚焦的电子束与所述样品相互作用;(f)与所述压强限制孔整体形成的电子探测器装置;(g)一个控制栅，该控制栅的偏压电势能介于加到所述样品座和所述电子探测器装置的偏压之间，从而加速由样品发射出的向着所述控制栅的信号，以便二次电子的进一步放大;
39.根据权利要求38所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述控制栅相对于所述电极探测器来说，更靠近所述样品座。
40.根据权利要求38所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述电极探测器的偏压约为+300伏。
41.根据权利要求40所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述控制栅偏压为-90伏。
42.根据权利要求41所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述样品座偏置电压为地电位。
43.一种改进的环境扫描电子显微镜，包括(a)一个低端具有一压强限制孔的真空园管;(b)一个位于真空园管中能发射带电粒子束的带电粒子束源;(c)位于真空园管中的聚焦装置，它能导引由所述带电粒子束源发射的带电粒子束穿过所述压强限制孔;(d)一个位于所述压强限制孔下方的样品室它能使封于压强约为1至25乇的气体中的样品保持和压强限制孔对准，这样，样品表面就暴露给由带电粒子束源发射的，并被导引穿过所述压强限制孔的带电粒子束;(e)一个位于所述样品室中的样品座，为支撑所述样品其位于所述压强限制孔下方，从而允许聚焦的电子束和所述样品相互作用;
(f)一个基本为环状的电极组件，该电极组件具有一个由细环形成的内层电子探测器，一个沿半径方向位于所述内层电子探测器外的中间电子探测器，它由第一组同心的弧状部件构成，和一个沿半径方向位于所述中间电子探测器外的外层电子探测器，它由第二组同心的弧状部件构成;和(g)一个在所述样品室中位于所述样品座和所述基本为环状的电极组件之间的控制栅，所述控制栅的偏压电势能大于样品座上施加的电势能而小于所述基本为环状的电极组件上施加的电势能，从而电子从样品到所述控制栅被加速以得到更强的放大。
44.根据权利要求43所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述第一组同心的弧状部件基本与所述第二组同心弧状部件相对设置。
45.根据权利要求43所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述内层，中间和外层电子探测器基本沿同一水平面排列。
46.根据权利要求43所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述基本为环形的电极组件位于所述样品座上方约10mm处。
47.根据权利要求46所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述控制栅处于距所述样品座约1mm处。
48.根据权利要求47所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中，所述基本为环状的电极组件的偏压最好取+300伏。
49.根据权利要求48所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述样品座偏压最好取地电位。
50.根据权利要求49所述的改进的环境扫描电子显微镜，其中所述控制栅偏压最好取+90伏。
全文摘要
环境扫描电子显微镜的改进型气态探测器装置。该装置的电极几何结构能分离样品表面发出的各种信号。其第一电子探测器与压强限制孔整体形成收集放大的低能二次电子信号。位于压强限制孔稍下方的环状电极组件包括一个细环形成的收集放大的低能二次电子信号的内层电子探测器。及位于其外面的中间电子探测器以收集放大的高能背散射相关信号；还包括位于中间探测器之外的外层电子探测器，以收集放大的低能背散射相关信号。
文档编号H01J37/26GK1042029SQ8910859
公开日1990年5月9日 申请日期1989年10月14日 优先权日1988年10月14日
发明者杰拉西莫斯·D·丹尼拉托斯 申请人:电子扫描公司