Als SE-Detektoren werden meistens Szintillationsdetektoren benutzt, bei denen die aus der Probe austretenden Sekundärelektronen (SE) durch einen Szintillator in Licht (Photonen) umgewandelt werden, aus denen ein Photomultiplier eine verwertbare Signalspannung erzeugt (siehe Artikel „Signalverarbeitung“).
Szintillationsdetektor nach Everhart-Thornley
Der am weitesten verbreitete SE-Detektor ist der Szintillationsdetektor nach Everhart-Thornley, der aus den Baugruppen Kollektor (K), Szintillator (S), Lichtleiter (LL), Photomultiplier (P) und Vorverstärker (V) besteht (vgl. Abbildung 2). Er wandelt das eingehende SE- Signal in ein Videosignal (VS) um.
Abbildung 1: Schematischer Aufbau eines Szintillator-Photomultiplier-Detektors
Die von der Probe emittierten (niederenergetischen) SE werden durch eine positive Spannung (meist zwischen 50 bis 400 V regelbar) am Kollektor („Saugspannung“) in Richtung des Kollektors beschleunigt. Dabei werden auch SE erfasst, die von einer dem Detektor abgewandten Seite einer Probenstruktur ausgelöst werden. Der Kollektor besteht dabei meist aus einem vom eigentlichen Detektor isolierten Metallnetz (Grid).
Durch die am nachfolgenden Szintillator anliegende Hochspannung (10 kV) werden die SE nach dem Passieren des Kollektors stark beschleunigt, prallen auf den lumineszierenden Szintillator und erzeugen dort Lichtblitze (Photonen). Jedes auf den Szintillator treffende SE löst dabei zwischen 1 und 10 Photonen aus.
Der Szintillator kann aus einer, mit lumineszierendem Pulver (P47) beschichteten Glasscheibe, aus einem lumineszierendem Plastikmaterial oder aus einem YAG-Einkristall (Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) bestehen. Die Oberfläche des Szintillators muss leitfähig sein und wird deshalb gegebenenfalls mit einer dünnen Aluminiumschicht bedampft. Um eine direkte optische Kopplung zwischen der Probe und dem Photomultiplier zu vermeiden, muss der Szintillator lichtundurchlässig sein.
Die im Szintillator erzeugten Photonen werden durch den Lichtleiter (Glas- oder Plastikmaterial) zum Photomultiplier geführt, der sich außerhalb der Probenkammer befindet, weshalb der Lichtleiter als Baugruppe meist gleichzeitig die Vakuumdurchführung des Detektors darstellt.
Der Lichtleiter führt die erzeugten Photonen zum Photomultiplier, der aus einer Photokathode und einer Anzahl von Prallelektroden (Dynoden) besteht. Die am Photomultiplier angelegte Spannung ist regelbar (400 bis 1600 V) und legt den Verstärkungsfaktor des SE-Signals fest. Deshalb wird sie im Rahmen der REM-Steuerung oft auch als Kontrast, Gain oder PM-Voltage bezeichnet.
An der Photokathode des Photomultipliers werden durch die ankommenden Photonen Elektronen ausgelöst, die durch die Multiplierspannung zu den nachfolgenden Dynoden beschleunigt werden und dort in jeder Stufe vervielfacht werden.
Je Elektron können in jeder Dynode bis zu 15 neue (Sekundär-)Elektronen ausgelöst werden. Daher können insgesamt, pro in der Photokathode ausgelöstem Elektron, bis zu 106 Sekundärelektronen ausgelöst werden. Photomultiplier werden deshalb oft auch als Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) bezeichnet.
Die so erzeugte Signalspannung wird im Vorverstärker weiter verstärkt und als Videosignal dem REM-System zur weiteren Signalverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Außer den SE erreichen auch die RE den Szintillator, die auf geradem Weg von der Probe zum Detektor gelangen. Durch ihre hohe Energie werden sie von der Kollektorspannung nicht beeinflusst. Aufgrund des meist sehr kleinen Raumwinkels ist der RE-Anteil am Gesamtsignal eines SE-Detektors aber sehr gering.
Abbildung 2: SE-Detektor