[1]Детектор тормозного рентгеновского излучения для растрового электронного микроскопа.
[2]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.
[3]Известен «Детектор рентгеновского излучения с повышенными пространственной однородностью усиления и разрешением и способ изготовления детектора рентгеновского излучения» (RU №2561756, G01T 1/20).
[4]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.
[5]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.
[6]Известен «Детектор рентгеновского излучения» (RU №174980 U1, A61B 6/00, G01T 1/20).
[7]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.
[8]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.
[9]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.
[10]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.
[11]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.
[12]Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей растрового электронного микроскопа, получение дополнительной информации о внутренней структуре объекта исследования.
[13]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
[14]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.
[15]КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
[16]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.
[17]ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[18]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.
[19]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.
[20]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.
