[发明专利]在气态环境扫描电子显微镜的改进型电子探测器

说明书

本申请是下列两个专利申请的部分继续申请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/差压抽气（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样品室中允许的过程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，其中一个三元电极组件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，以便于由束与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。