一种多通道带电粒子探测器与探测方法

本发明属于带电粒子显微，涉及一种多通道带电粒子探测器与探测方法。

背景技术：

1、伴随以电子显微技术为代表的带电粒子显微技术在半导体及生物检测领域的日益广泛应用，高通量电子显微成像技术的需求不断提升。其中，采用多束电子同时对样品执行扫描成像是增强检测效率的关键手段之一。为达成此目的，需要对光学系统进行特殊设计，并扩展探测器的探测通道，以便分别捕获和测量每束电子的成像信号。

2、在扫描电子显微成像中，everhart-thornley探测器因其性能而被广泛采用。其工作原理主要是通过闪烁体将入射电子转换为光子，光子穿过光导管传递到光电倍增管中，位于光电倍增管内的光阴极膜通过光电效应释放光电子，通过多级电子倍增实现104至107倍的电流放大，使得pa级别的电子束流转变为μa级别的电流信号。得益于光电倍增管的高速和高增益，everhart-thornley探测器在处理低电压和低束流的电子束信号时，相较于硅二极管直接电子探测器具有较大优势。

3、另外，带电粒子束容易受到气体分子的散射影响，因此在成像系统中进行带电粒子束传播的路径必须置于真空环境中。传统的everhart-thornley探测器实施了一种设计：利用光导管连接真空侧与大气侧，允许光电倍增管及其附属电路在大气环境下运作。然而，若将此设计应用于多束电子探测，多个光导管穿透会大幅度增加设计的复杂性。

4、此外，为确保多通道探测器的性能，设计时需充分考虑通道间潜在串扰问题。在设计中应用光耦合层和高反射率闪烁体隔离层能够提升光收集效率，但同时也可能导致通道间串扰率提升。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种多通道带电粒子探测器，工作时将全部探测器部件配置于真空测，并采用电缆等方式实现馈通，相比于多光导管的everhart-thornley探测器等，可有效降低结构体积和复杂度，并可在通道间的串扰率和收集率方面做到综合平衡。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种多通道带电粒子探测器，包括：

4、闪烁体阵列，用于将入射带电粒子转化为光子，其由多个投影为正方形的闪烁体单体、以及填充于闪烁体单元之间空间的隔离层组成；

5、具有多个探测通道并与闪烁体阵列直接接触的光电倍增管，其用于将闪烁体阵列发出的光子转化为电子，所述闪烁体阵列与光电倍增管之间的缝隙填充有光耦合层；

6、电源和放大器电路模块，其用于为所述光电倍增管提供电源，并用于将各探测通道的电流信号放大并输出。

7、进一步的，所述闪烁体阵列被配置为：每个闪烁体单元与光电倍增管的每个探测通道对齐，且各闪烁体单元出射面的投影不超出对应探测通道的接收范围。

8、进一步的，所述闪烁体阵列的带电粒子入射端面还覆盖有金属镀膜。

9、更进一步的，所述金属镀膜的材质为铝，厚度为数十纳米。

10、进一步的，所述光耦合层为真空层，即不适用任何物质填充。

11、进一步的，所述光耦合层为折射率与玻璃接近(差距在10％以内即可)的液态物质或可固化胶水，例如硅油或光固化胶水。

12、进一步的，所述隔离层材质为对闪烁体单元的主要发光波长具有高反射率的绝缘材料，优选为二氧化钛。

13、进一步的，述隔离层材质为对闪烁体单元的主要发光波长具有低反射率的绝缘材料，优选为石墨。

14、进一步的，所述闪烁体单元的光出射面为凸球面。

15、进一步的，所述闪烁体单元之后还设有一个凸透镜单元，其材质满足能透过所述闪烁体单元所发射光线。

技术特征：

1.一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述闪烁体阵列被配置为：每个闪烁体单元与光电倍增管的每个探测通道对齐，且各闪烁体单元出射面的投影不超出对应探测通道的接收范围。

3.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述闪烁体阵列的带电粒子入射端面还覆盖有金属镀膜。

4.根据权利要求3所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述金属镀膜的材质为铝，厚度为数十纳米。

5.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述光耦合层为真空层。

6.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述光耦合层为折射率与玻璃接近的液态物质或可固化胶水，优选为硅油或光固化胶水。

7.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述隔离层材质为对闪烁体单元的主要发光波长具有高反射率的绝缘材料，优选为二氧化钛；

8.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述闪烁体单元的光出射面为凸球面。

9.根据权利要求1所述的一种多通道带电粒子探测器，其特征在于，所述闪烁体单元之后还设有一个凸透镜单元，其材质满足能透过所述闪烁体单元所发射光线。

10.一种多通道带电粒子探测方法，其特征在于，将如权利要求1-9任一所述的多通道带电粒子探测器置于真空环境中，并进行捕获和测量电子的成像信号。

技术总结本发明涉及一种多通道带电粒子探测器与探测方法，该探测器包括：闪烁体阵列，用于将入射带电粒子转化为光子，其由多个投影为正方形的闪烁体单体、以及填充于闪烁体单元之间空间的隔离层组成；具有多个探测通道并与闪烁体阵列直接接触的光电倍增管，其用于将闪烁体阵列发出的光子转化为电子，所述闪烁体阵列与光电倍增管之间的缝隙填充有光耦合层；电源和放大器电路模块，其用于为所述光电倍增管提供电源，并用于将各探测通道的电流信号放大并输出。相比于多光导管的Everhart‑Thornley探测器，本发明可降低结构体积和复杂度，同时，通过调整闪烁体单元形状和隔离层和光耦合层材料，可优化通道间串扰率和收集率。技术研发人员：赵雪冰,车仁超,王超,杨利廷受保护的技术使用者：复旦大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25