權(quán)利要求書： 1.一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于，其包括：其包括：

柵網(wǎng)；

法拉第杯；

閃爍體；

光導(dǎo)柱；

光電倍增管；

高壓電源；

電流放大電路板；

不銹鋼外殼；

所述法拉第杯的電子信號輸入端設(shè)置有外凸的篩網(wǎng)，所述法拉第杯的電子信號輸出端朝向所述閃爍體布置，所述閃爍體的光子信號輸出端朝向光導(dǎo)柱的輸入端布置，所述光導(dǎo)柱的輸出端連接至所述光電倍增管的信號輸入端，所述光電倍增管的信號輸出端連接所述電流放大電路板的信號輸入端，所述光電倍增管連接有高壓電源；

所述不銹鋼外殼內(nèi)包覆有高壓電源、光電倍增管、光導(dǎo)柱、閃爍體，所述不銹鋼外殼的前部輸入端固裝有所述法拉第杯。

2.如權(quán)利要求1所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：其還包括有寶石墊片，所述寶石墊片布置于所述閃爍體和光導(dǎo)柱的輸入端之間。

3.如權(quán)利要求2所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：所述法拉第杯的輸出通道的環(huán)壁上設(shè)置有石墨環(huán)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：所述閃爍體具體為P47閃爍、YAG閃爍體或YAP閃爍體。

5.如權(quán)利要求1所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：所述光電倍增管的軸向前端為信號輸入端，所述光電倍增管的軸向后端布置有所述高壓電源，所述光電倍增管的軸向區(qū)域的旁側(cè)設(shè)置有電流放大電路板。

6.如權(quán)利要求3所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：所述不銹鋼外殼包括后端殼體、中部連接件、前端殼體，所述后端殼體內(nèi)包覆有高壓電源、電流放大電路板、光電倍增管，所述中部連接件用于連接后端殼體、前端殼體，所述前端殼體和中部連接件所形成的軸向內(nèi)腔內(nèi)包覆有光導(dǎo)柱、閃爍體、寶石墊片，所述前端殼體的軸向前部安裝有所述法拉第杯，所述法拉第杯的電子信號輸入端外露于所述前端殼體、且固裝有篩網(wǎng)。

7.如權(quán)利要求1所述的一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于：所述篩網(wǎng)的網(wǎng)面前凸設(shè)置。

說明書： 一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實(shí)用新型涉及物料轉(zhuǎn)運(yùn)的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器。

背景技術(shù)[0002] 掃描電鏡(SEM)是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。由于高能電子束入射到試樣后在試樣表

面會激發(fā)出二次電子、背散射電子和X射線等多種信息。這些信息由相應(yīng)的探測器檢測，經(jīng)

信號處理和放大后傳送到顯示屏上來調(diào)制顯示屏的亮度。掃描電鏡就是采用這種逐行掃

描、逐點(diǎn)掃描的方法，把試樣表面的不同信息特征按順序依次成比例地轉(zhuǎn)換成視頻信號，從

而能夠觀察到與樣品表面相對應(yīng)的經(jīng)過放大后的微觀形貌圖像。

[0003] 二次電子是指試樣被高能入射電子束轟擊出來的核外電子，主要來自于距試樣表面1～10nm之間深度的亞表面，二次電子能量在0～50e之間，平均能量約30e，所以這些二

次電子能夠很好的顯示出試樣表面的微觀形貌。二次電子的發(fā)射率隨原子序數(shù)的變化不是

很明顯，主要取決于樣品的形貌。而背散射電子是指當(dāng)入射電子與試樣相互作用后，其中有

一部分電子會返回表面逸出，能量大于50e而小于入射能量。在一定的加速電壓下，背散射

電子的產(chǎn)額隨試樣原子序數(shù)的增高而增加。因此，利用背散射電子作為成像信號不僅能分

析試樣形貌特征，還可以用于顯示化學(xué)組分的組成特征，粗略定性分析試樣的組分分布。在

當(dāng)前主流的掃描電鏡中，受限于方位角，電子信號的接收效率有限，存在信號逸出等問題，

這降低了電子探測器的成像效率和分辨力。此外，利用常規(guī)E?T二次電子探測器接收背散射

電子的效率只有2％～4％，并且信噪比很差。因此，常使用分立的二次電子探測器和背散射

電子探測器用于分別實(shí)現(xiàn)形貌和組分成像。為此，急需通過改進(jìn)探測器的結(jié)構(gòu)，提高二次電

子或者背散射電子的收集效率能夠進(jìn)一步改善圖像的信噪比和分辨力，并且使用改造后的

電子探測器同時探測二次電子和背散射電子可以降低探測器的成本。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 針對上述問題，本實(shí)用新型提供了一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其提高二次電子或者背散射電子的收集效率、能夠進(jìn)一步改善圖像的信噪比和分辨力，且同時

具備探測二次電子和背散射電子的功能，從而降低探測器的成本，其通過切換柵網(wǎng)電壓實(shí)

現(xiàn)了試樣形貌和化學(xué)組分的原位觀察。

[0005] 一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，其特征在于，其包括：[0006] 柵網(wǎng)，其通過施加正負(fù)電壓對低能二次電子和高能背散射電子進(jìn)行選擇性吸引和排斥；

[0007] 法拉第杯，其對柵網(wǎng)收集的電子信號進(jìn)行收集和匯聚；[0008] 閃爍體，其將入射到閃爍體熒光層上的電子信號轉(zhuǎn)換成光子信號；[0009] 光導(dǎo)柱，將閃爍體熒光層產(chǎn)生的光子信號傳輸?shù)焦怆姳对龉?，避免光子信號損失；[0010] 光電倍增管，將傳輸過來的光子信號進(jìn)行倍增放大，轉(zhuǎn)換成電信號；[0011] 高壓電源，為光電倍增管提供電壓；[0012] 電流放大電路板，接收倍增放大的電信號，進(jìn)行信號處理和電流放大、并將處理完成的信號傳輸至外接的顯示屏顯示；

[0013] 不銹鋼外殼，形成電磁屏蔽外殼，防止電子信號收到外部電磁場的干擾；[0014] 所述法拉第杯的電子信號輸入端設(shè)置有外凸的篩網(wǎng)，所述法拉第杯的電子信號輸出端朝向所述閃爍體布置，所述閃爍體的光子信號輸出端朝向光導(dǎo)柱的輸入端布置，所述

光導(dǎo)柱的輸出端連接至所述光電倍增管的信號輸入端，所述光電倍增管的信號輸出端連接

所述電流放大電路板的信號輸入端，所述光電倍增管連接有高壓電源；

[0015] 所述不銹鋼外殼內(nèi)包覆有高壓電源、光電倍增管、光導(dǎo)柱、閃爍體，所述不銹鋼外殼的前部輸入端固裝有所述法拉第杯。

[0016] 其進(jìn)一步特征在于：[0017] 其還包括有寶石墊片，所述寶石墊片布置于所述閃爍體和光導(dǎo)柱的輸入端之間，其用于防止光導(dǎo)柱與閃爍體直接接觸，損壞閃爍體；

[0018] 所述法拉第杯的輸出通道的環(huán)壁上設(shè)置有石墨環(huán)，所述石墨環(huán)用于將電子信號充分匯集至后方的閃爍體熒光層；

[0019] 所述閃爍體具體為P47閃爍、YAG閃爍體或YAP閃爍體；[0020] 所述光電倍增管的軸向前端為信號輸入端，所述光電倍增管的軸向后端布置有所述高壓電源，所述光電倍增管的軸向區(qū)域的旁側(cè)設(shè)置有電流放大電路板，其使得整個產(chǎn)品

的結(jié)構(gòu)布置合理、方便；

[0021] 所述不銹鋼外殼包括后端殼體、中部連接件、前端殼體，所述后端殼體內(nèi)包覆有高壓電源、電流放大電路板、光電倍增管，所述中部連接件用于連接后端殼體、前端殼體，所述

前端殼體和中部連接件所形成的軸向內(nèi)腔內(nèi)包覆有光導(dǎo)柱、閃爍體、寶石墊片，所述前端殼

體的軸向前部安裝有所述法拉第杯，所述法拉第杯的電子信號輸入端外露于所述前端殼

體、且固裝有篩網(wǎng)；

[0022] 優(yōu)選地，所述篩網(wǎng)的網(wǎng)面前凸設(shè)置。[0023] 采用上述技術(shù)方案后，篩網(wǎng)外接電源，通過對篩網(wǎng)施加正電壓，吸引進(jìn)來的二次電子通過法拉第杯收集和匯聚后，經(jīng)閃爍體前面的高壓加速，入射到閃爍體的熒光層，閃爍體

的熒光層在受到二次電子激發(fā)后便會發(fā)光產(chǎn)生光子信號，光子信號沿著玻璃光導(dǎo)柱傳送到

光電倍增管，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號并進(jìn)行倍增放大，再通過電流放大電路板進(jìn)行信號處

理，最后經(jīng)過功率放大就后信號輸出至顯示屏，顯示屏顯示視頻圖像；而當(dāng)在柵網(wǎng)上施加負(fù)

電壓時，負(fù)電壓會排斥低能二次電子，只能讓高能背散射電子通過，經(jīng)過法拉第杯收集和匯

聚后，這些背散射電子入射到閃爍體上的熒光層，熒光層受激發(fā)產(chǎn)生的光電信號經(jīng)轉(zhuǎn)換和

倍增放大后，最后同樣成為顯示屏中的視頻圖像；這種高收集效率的新型掃描電鏡電子探

測器能夠通過切換不同的柵網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)低能二次電子和高能背散射電子的同時探測，并且

利用法拉第杯增加了入射到閃爍體熒光層上的電子信號總數(shù)，提高了電子信號的收集效

率，改善了圖像的信噪比，最終實(shí)現(xiàn)高成像精度的圖像；其提高二次電子或者背散射電子的

收集效率、能夠進(jìn)一步改善圖像的信噪比和分辨力，且同時具備探測二次電子和背散射電

子的功能，從而降低探測器的成本，其通過切換柵網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)了試樣形貌和化學(xué)組分的原

位觀察。

附圖說明[0024] 圖1為本實(shí)用新型的剖視圖結(jié)構(gòu)示意圖；[0025] 圖2為通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行探測的成像；[0026] 圖3為高收集效率掃描電鏡電子探測器的成像；[0027] 圖中序號所對應(yīng)的名稱如下：[0028] 柵網(wǎng)1、法拉第杯2、石墨環(huán)3閃爍體4、寶石墊片5、光導(dǎo)柱6、光導(dǎo)柱導(dǎo)向套筒組件61、第一蓋板62、光電倍增管7、第二套管71、第一法蘭蓋72、后凸接電頭73、高壓電源8、電池

安裝殼81、第二法蘭蓋82、內(nèi)凹槽83、電流放大電路板9、不銹鋼外殼10、后端殼體11、連接環(huán)

面111、中部連接件12、前端殼體13、封裝蓋板14、電路板安裝蓋板15。

具體實(shí)施方式[0029] 一種高收集效率的掃描電鏡電子探測器，見圖1，其包括柵網(wǎng)1、法拉第杯2、閃爍體4、光導(dǎo)柱6、光電倍增管7、高壓電源8、電流放大電路板9、不銹鋼外殼10；

[0030] 柵網(wǎng)1通過施加正負(fù)電壓對低能二次電子和高能背散射電子進(jìn)行選擇性吸引和排斥；法拉第杯2對柵網(wǎng)1收集的電子信號進(jìn)行收集和匯聚；閃爍體4將入射到閃爍體熒光層

上的電子信號轉(zhuǎn)換成光子信號；光導(dǎo)柱6將閃爍體熒光層產(chǎn)生的光子信號傳輸?shù)焦怆姳对?br />
管7，避免光子信號損失；光電倍增管7將傳輸過來的光子信號進(jìn)行倍增放大，轉(zhuǎn)換成電信

號；高壓電源8為光電倍增管7提供電壓；電流放大電路板9用于接收倍增放大的電信號，進(jìn)

行信號處理和電流放大、并將處理完成的信號傳輸至外接的顯示屏顯示；

[0031] 不銹鋼外殼10，形成電磁屏蔽外殼，防止電子信號收到外部電磁場的干擾；[0032] 法拉第杯2的電子信號輸入端設(shè)置有外凸的篩網(wǎng)1，法拉第杯2的電子信號輸出端朝向閃爍體4布置，閃爍體4的光子信號輸出端朝向光導(dǎo)柱6的輸入端布置，光導(dǎo)柱6的輸出

端連接至光電倍增管7的信號輸入端，光電倍增管7的信號輸出端連接電流放大電路板9的

信號輸入端，光電倍增管7連接有高壓電源8；

[0033] 不銹鋼外殼10內(nèi)包覆有高壓電源8、光電倍增管7、光導(dǎo)柱6、閃爍體4，不銹鋼外殼10的前部輸入端固裝有法拉第杯2。

[0034] 具體實(shí)施時、見圖1：[0035] 其還包括有寶石墊片5，寶石墊片5布置于閃爍體4和光導(dǎo)柱6的輸入端之間，其用于防止光導(dǎo)柱6與閃爍體4直接接觸，損壞閃爍體4；

[0036] 法拉第杯2的輸出通道的環(huán)壁上設(shè)置有石墨環(huán)3，石墨環(huán)3用于將電子信號充分匯集至后方的閃爍體4熒光層；

[0037] 閃爍體4具體為P47閃爍、YAG閃爍體或YAP閃爍體；[0038] 光電倍增管7的軸向前端為信號輸入端，光電倍增管7的軸向后端布置有高壓電源8，光電倍增管7的軸向區(qū)域的旁側(cè)設(shè)置有電流放大電路板9，其使得整個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)布置合

理、方便。

[0039] 具體實(shí)施例中、見圖1：不銹鋼外殼10包括后端殼體11、中部連接件12、前端殼體13，后端殼體11內(nèi)包覆有高壓電源8、光電倍增管7，后端殼體的旁側(cè)設(shè)置有電路板安裝蓋板

15，電路板安裝蓋板15和后端殼體11組合形成的腔體內(nèi)放置有電流放大電路板9，光電倍增

管7的信號輸出端通過線連接或金屬接觸連接至電流放大電路板9的輸入端，中部連接件12

用于連接后端殼體11、前端殼體13，前端殼體13和中部連接件12所形成的軸向內(nèi)腔內(nèi)包覆

有光導(dǎo)柱6、閃爍體4、寶石墊片5，前端殼體13的軸向前部安裝有法拉第杯2，法拉第杯2的

電子信號輸入端外露于前端殼體13、且固裝有篩網(wǎng)1；

[0040] 篩網(wǎng)1的網(wǎng)面前凸設(shè)置、形成半球狀結(jié)構(gòu)；光導(dǎo)柱6的外環(huán)周設(shè)置有光導(dǎo)柱導(dǎo)向套筒組件61，光導(dǎo)柱導(dǎo)向套筒組件61的前部蓋裝有第一蓋板62，閃爍體4、寶石墊片5通過第一

蓋板62安裝在光導(dǎo)柱6的前端位置，光導(dǎo)柱導(dǎo)向套筒組件61的后端通過中間連接套63連接

中部連接件12，光電倍增管7的外環(huán)周設(shè)置有第二套管71，第二套管71的后端設(shè)置有第一

法蘭蓋72，高壓電源8內(nèi)置于電池安裝殼81內(nèi)，電池安裝殼81的前端設(shè)置有第二法蘭蓋82，

光電倍增管7的軸向后端設(shè)置有后凸接電頭73，后凸接電頭73定位插裝于高壓電源8的內(nèi)凹

槽83，第一法蘭蓋72、第二法蘭蓋82通過螺栓固接于后端殼體11的對應(yīng)連接環(huán)面111，后端

殼體11的末端蓋裝有封裝蓋板14。

[0041] 具體實(shí)施例中，法拉第杯2具體為黃銅法拉第杯，篩網(wǎng)1具體為紫銅篩網(wǎng)，閃爍體4具體為P47閃爍體，光導(dǎo)柱6具體為K9玻璃光導(dǎo)柱，寶石墊片5具體為藍(lán)寶石墊片。

[0042] 具體實(shí)施時，篩網(wǎng)外接電源，通過對篩網(wǎng)施加+300電壓，吸引進(jìn)來的二次電子通過法拉第杯收集和匯聚后，經(jīng)閃爍體前面的高壓加速，入射到閃爍體的熒光層，閃爍體的熒

光層在受到二次電子激發(fā)后便會發(fā)光產(chǎn)生光子信號，光子信號沿著玻璃光導(dǎo)柱傳送到光電

倍增管，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號并進(jìn)行倍增放大，再通過電流放大電路板進(jìn)行信號處理，最

后經(jīng)過功率放大就后信號輸出至顯示屏，顯示屏顯示視頻圖像；而當(dāng)在柵網(wǎng)上施加?150電

壓時，負(fù)電壓會排斥低能二次電子，只能讓高能背散射電子通過，經(jīng)過法拉第杯收集和匯聚

后，這些背散射電子入射到閃爍體上的熒光層，熒光層受激發(fā)產(chǎn)生的光電信號經(jīng)轉(zhuǎn)換和倍

增放大后，最后同樣成為顯示屏中的視頻圖像。

[0043] 其能夠通過切換不同的柵網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)低能二次電子和高能背散射電子的同時探測，并且利用法拉第杯增加了入射到閃爍體熒光層上的電子信號總數(shù)，提高了電子信號的

收集效率，改善了圖像的信噪比，最終實(shí)現(xiàn)高成像精度的圖像；其提高二次電子或者背散射

電子的收集效率、能夠進(jìn)一步改善圖像的信噪比和分辨力，且同時具備探測二次電子和背

散射電子的功能，從而降低探測器的成本，其通過切換柵網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)了試樣形貌和化學(xué)組

分的原位觀察。

[0044] 現(xiàn)有技術(shù)檢測和具體實(shí)施例檢測的對比如下[0045] 現(xiàn)有技術(shù)檢測：在鎢燈絲熱發(fā)射掃描電子顯微鏡中使用常規(guī)的二次電子探測器，把標(biāo)準(zhǔn)錫球樣品放入樣品艙內(nèi)，然后抽真空，在真空完成后，打開電子槍，將加速電壓設(shè)置

為20k，工作距離為15mm，聚焦和消像散完成后在10000x放大倍數(shù)下觀察錫球樣品。采集圖

像(見圖2)后可以發(fā)現(xiàn)圖像模糊，邊緣粗糙，對比度差。因此，在這種情況下，常規(guī)電子探測

器的探測效率較低。

[0046] 具體實(shí)施例檢測：在鎢燈絲熱發(fā)射掃描電子顯微鏡中使用高收集效率的掃描電鏡電子探測器，把標(biāo)準(zhǔn)錫球樣品放入樣品艙內(nèi)，然后抽真空，在真空完成后，打開電子槍，將加

速電壓設(shè)置為30k，工作距離為5mm，聚焦和消像散完成后在12000x放大倍數(shù)下觀察錫球樣

品。采集圖像(見圖3)后可以發(fā)現(xiàn)圖像清晰，邊緣銳利，對比度明顯，成像效果得到了極大的

改善。因此，在這種情況下，該掃描電鏡電子探測器的探測效率得到了極大的提高。

[0047] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新

型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新

型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含

義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制

所涉及的權(quán)利要求。

[0048] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)

將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員

可以理解的其他實(shí)施方式。