Твердотільні детектори

У твердотільному детекторі використовується процес утворення у напівпровіднику електрон-діркових пар при потраплянні на нього високоенергетичних електронів. Наприклад, для створення однієї електрон-діркової пари у Si потрібна енергія 3,8 еВ, а від одного електрона з енергією 10 кеВ виникне 2800 пар. Детектори виготовляють у вигляді кільця, яке розміщується над зразком біля полюсного наконечника об’єктивної лінзи (рис. 2.12, а). Електрична схема детектора наведена на рис. 2.12, б. Поле n-p переходу служить для розділення електрон-діркових пар. Відмітимо, що їх також можна розділити прикладеною напругою до напівпровідника. У цьому випадку використання n-p переходу не обов’язкове.

Твердотільний детектор чутливий лише до електронів з високою енергією. Таким чином, він реєструє сигнал від відбитих електронів. На детектор також впливає і рентгенівське випромінювання, але вклад його є набагато нижчий, ніж відбитих електронів. Відмітимо, що детектор може в принципі фіксувати сигнал і від вторинних електронів, якщо вони будуть окремо прискорені.

а б

Рисунок 2.12 – Розташування (а) та електрична схема (б) твердотільного детектора: 1 - фрагмент полюсного наконечника об’єктивної лінзи; 2 - падаючий пучок електронів; 3 - детектор; 4 - зразок; 5 - електрони, що емітуються зразком; 6 - плівка золота; 7 - n-p перехід; 8 - індикатор струму в зовнішньому колі

Напівпровідникові детектори дають високе підсилення сигналу, але за рахунок ємності n-p переходу смуга пропускання відносно мала, що ускладнює його використання при швидких розгортках. Для детекторів характерні великі значення кута Ω і, як наслідок цього, висока ефективність збору електронів.

7.3 Зразок у ролі детектора (струм мішені)

Зразок являє собою вузол (рис. 2.13), у який входять (і_вх=і_з) та виходять (і_вих=і_в+і_ве+і_п) електричні струми (і_в, і_ве, і_п – струми відбитих, вторинних та тих, що пройшли мішень (поглинутих мішенню), електронів. Усі електрони, незважаючи на їх енергії, еквівалентні, оскільки, за визначенням, струм – це заряд, що переноситься за одиницю часу. Для зразка у РЕМ струми мають такі величини: і_в= 0,3і_з, і_ве= 0,1і_з. З урахуванням цього сумарний струм електронів, що покидають поверхню зразка, становить 0,4і_з. Якщо зразок не електропровідний або не заземлений провідник, то у цьому випадку і_вх>і_вих, тобто він буде заряджатися. Стікання заряду можна забезпечити за допомогою звичайного заземлення. У цьому випадку струм електронів і_п (його часто називають струмом мішені) становитиме і_з-і_в-і_ве. Таким чином, баланс струмів матиме той вигляд, який задовольняє закон Кірхгофа, а саме: і_вх= і_вих; і_з= і_в+і_ве+і_п..

Рисунок 2.13 – Ілюстрація вхідних та вихідних струмів зразка

Для того щоб використати у ролі сигналу струм електронів, що поглинаються, він повинен пройти “шлях” на землю через операційний підсилювач, який може працювати зі струмами менше 10^-11 А і мати широку смугу пропускання.

Щоб позбутися струму вторинних електронів, на зразок подають потенціал +50 В. Тоді баланс струмів матиме вигляд і_з= і_в +і_п.