7.3.2 Сцинтиллятор-ФЭУ детекторы / ТВ-камеры
Сцинтиллятор испускает видимый свет при ударе электронов из-за того же процесса, катодолюминесценции, которое происходит в люминесцентных экранах. Пока мы смотрим на статическое ПЭМ изображение, мы хотим, чтобы флуоресцентный экран продолжать излучать свет в течение некоторого промежутка времени, после того, как электроны попали на него, в этом случае мы используем сцинтиллятор с длинной задержкой. Если мы хотим выявить с помощью сцинтиллятора быстрые изменения сигнала, как это происходит в СПЭМ, то нам необходимо, чтобы излучение света быстро затухало. В этом случае, мы не используем сцинтилляционные детекторы на основе ZnS. Наиболее подходящими материалами для детектирования быстро изменяющихся сигналов, являются итриево-алюминиевый гранат (YAG) и различные легированные пластмассы и стекла. Эти материалы имеют времена затухания порядка наносекунд, а не микросекунд необходимых для ZnS. Как только входящий электронный сигнал преобразуется в видимый свет, свет от сцинтиллятора усиливается фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), прикрепленным к сцинтиллятору через световод. Рисунок 7.2 показывает схему сцинтиллятор-ФЭУ детектора для детектирования вторичных электронов в ПЭМ, но конструкция используемая для обнаружения прямо рассеянных электронов в СПЕМ практически идентична.
Сцинтилляторы, которые мы используем в СПЭМ или СЭМ часто покрыты 100-нм толстым слоем Al, чтобы отразить любой свет, генерируемый в микроскопе и остановить его от входа в ФЭУ, где он бы добавил шум к полузному сигналу. Если датчик находится рядом с предметным столиком в микроскопе, этот свет может испускаться самим образцом, если он обладает катодолюминесцентцией, или это может быть свет, от термоэлектронного источника, отраженный от полированной поверхности образца.
Рисунок 7.2
Преимущества системы сцинтиллятор-ФЭУ:
система обладает очень высоким коэффициентом усиления. Коэффициент усиления для всей системы детектора порядка 10n, в зависимости от количества (n) электродов (часто называемых динодами) в ФЭУ. Для некоторых коммерческих сцинтилляторов типичные значения КЭД близки к 0.9.
уровень шума в сцинтилляторах мал по сравнению с полупроводниковыми детекторами, а пропускная способность сцинтиллятора находится в диапазоне МГц. В результате, изображения с низкой интенсивность легко могут быть отражены на экране.
Недостатки системы сцинтиллятор-ФЭУ:
сцинтиллятор не так надежен, как полупроводниковый детектор, являясь даже более чувствительным к радиационному воздействию, особенно после длительного воздействия электронного пучка.
комбинация сцинтиллятор-ФЭУ также существенно более дорога и громоздка по сравнению с полупроводниковыми детекторами и, следовательно, она не помещается в предметный столик ПЭМ. Достаточно проблематично изготавливать конфигурацию из нескольких детекторов. Тем не менее, полимерным сцинтилляторам может быть придана форма, дающая большой угол сбора.
Эффективность преобразования энергии у сцинтилляторов также довольно низкая (около 2% -20%) по сравнению с полупроводниковыми детекторами и, как правило, мы только получаем около 4000 фотонов на один исходный 100-кэВ электрон, что примерно в 7 раз меньше, чем для полупроводниковых детекторов. Такая низкая эффективность компенсируются усилением в ФЭУ.