Apertures with Laval Nozzle and Circular Orifice in Secondary Electron Detector for Environmental Scanning Electron Microscope

Aberturas con boquilla laval y orificio circular en detector de electrones secundario para microscopio electrónico de barrido ambiental

Los microscopios electrónicos de barrido ambiental ofrecen amplias posibilidades para la exploración de varios tipos de muestras, especialmente muestras no conductoras y húmedas que contienen diferentes fases de material. La evaluación de la presión en la trayectoria de los electrones secundarios es uno de los parámetros importantes en el diseño del detector de centelleo de electrones secundarios. El proceso final está influenciado por el tamaño y la forma de las aberturas utilizadas para separar áreas con diferentes gradientes de presión. Este artículo se centra en la comparación de la abertura con orificio circular y la abertura con la boquilla Laval.

1. Introducción

Los detectores de centelleo e ionización se utilizan para detectar electrones secundarios. El detector de ionización funciona según el principio de la ionización por impacto. El detector de centelleo contiene un centelleador (por ejemplo, YAG, CRY 18, etc.) que libera electrones cuando chocan con un destello de luz cuya intensidad es proporcional a la energía de los electrones incidentes [1].

El centelleador del detector de centelleo de electrones secundarios se coloca en una cámara con bomba separada, separada de la cámara de la muestra por las aberturas C1 y C2 (Fig. 1). En las aberturas se aplica un potencial eléctrico de cientos de voltios.

Las aperturas forman lentes electrostáticas. Los electrodos dirigen los electrones secundarios a la lente en la boca del detector y luego los electrones pasan a través de ella. Las aberturas también impiden el flujo de gas de la cámara de muestras a la cámara del centelleador. En la cámara de muestras hay una presión de gas de 0,01 a 1.000 Pa.

A la presión máxima de 5 Pa en la cámara del centelleador, se puede conectar un voltaje de hasta 8 kV al centelleador sin causar una descarga de gas. Este voltaje acelera los electrones a través de las aberturas con una energía que es suficiente para generar el centelleo. Los fotones creados por el centelleo se mantienen en la guía de luz en el fotomultiplicador, donde son amplificados y convertidos en una señal eléctrica [2].

En la construcción del microscopio electrónico se encuentran orificios de pequeñas dimensiones, donde es necesario separar las zonas con un gran gradiente de presión sin posibilidad de un aislamiento perfecto (Fig. 2). La presión en el flujo del fluido depende de la velocidad del flujo. Cuanto mayor es la velocidad, menor es la presión del gas que puede lograrse reduciendo el tamaño del orificio en las aberturas o cambiando su forma [3-5].   En cuanto a los detectores, los siguientes aspectos son importantes:

1. La presión en el área de un cristal de centelleo debe ser superior a 5 Pa para evitar la descarga eléctrica en el gas debido al alto voltaje en el centelleo (hasta 8 kV).

2. La presión media en la trayectoria de los electrones secundarios debe ser baja para evitar la dispersión de los electrones.