TWI766541B - 二次電子探頭及二次電子探測器 - Google Patents

Abstract

一種二次電子探頭，包括一多孔碳材料層，該多孔碳材料層由複數個 碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，該多孔碳材料層為一電子黑體。本發明還提供採用上述二次電子探頭的二次電子探測器和掃描電子顯微鏡探測器。

Description

二次電子探頭及二次電子探測器

本發明涉及一種二次電子探頭，以及使用該二次電子探頭的二次電子探測器和掃描電子顯微鏡探測器。

二次電子是指用電子流或離子流轟擊物體表面，物體表層5~10nm深度範圍內發射出來的電子。二次電子對樣品的表面形貌十分敏感，因此，通過探測物體表面發射的二次電子能非常有效的顯示物體的表面形貌。二次電子的原理被應用在電子倍增管、光電倍增管、微通道板、法拉第杯與戴利偵測器等偵測元件，也用在掃描電子顯微鏡等電子成像元件。隨著電子技術的飛速發展，二次電子發射現象以及二次電子的探測元件越來越受到人們的廣泛關注。現有的二次電子探頭的材料一般為金屬材料。當二次電子打到金屬材料表面時，除了一部分被吸收外，還有大量二次電子被金屬材料反射或者穿透金屬材料，導致金屬材料對二次電子吸收率較低，一般在百分之四十左右。由於一部分物體表面逸出的二次電子不能被二次電子探頭收集到，降低了物體表面逸出的二次電子的收集效率，進而也導致現有的二次電子探測器的準確率較低，掃描電子顯微鏡檢測到的物體表面形貌的清晰度和真實度也受到影響。

目前，沒有發現對電子的吸收率幾乎可以達到100%的材料，這種材料也可以稱為電子黑體。先前技術中要達到電子的吸收率100%，需要設計複雜的結構，成本較高，且效果不理想。因此，設計一種結構簡單且對電子的吸收率幾乎可以達到100%的二次電子探頭及二次電子探測器將具有重大意義。

有鑒於此，確有必要提供一種對二次電子的吸收率幾乎為100%的二次電子探頭，以及採用該二次電子探頭的二次電子探測器以及掃描電子顯微鏡探測器。

一種二次電子探頭，包括一多孔碳材料層，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，該多孔碳材料層為一電子黑體。

一種二次電子探測器，包括一二次電子探頭以及一測試單元，該二次電子探頭與該測試單元通過一導線連接，所述二次電子探頭包括一多孔碳材料層，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，該多孔碳材料層為一電子黑體。

一種掃描電子顯微鏡探測器，包括一二次電子探頭以及一電流錶，該電流錶包括一第一接線柱和一第二接線柱，該第一接線柱與該二次電子探頭電連接，該第二接線柱接地，掃描電子顯微鏡的圖像顯示器與所述二次電子探頭以及電流錶電連接，並根據電流錶中的電流值成像，所述二次電子探頭包括一多孔碳材料層，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，該多孔碳材料層為一電子黑體。

相較於先前技術，本發明所提供的二次電子探頭僅採用一多孔碳材料層，結構簡單；而且該多孔碳材料層對電子的吸收率幾乎可以達到100%，可以看成是二次電子的絕對黑體，當採用該二次電子探頭探測樣品表面逸出的二次電子時，基本不會有二次電子被漏掉，二次電子的收集效率較高；進而使得採用該二次電子探頭的二次電子探測器對電子的收集效率以及探測準確率較高，掃描電子顯微鏡探測器的得到的樣品的表面形貌照片比較清晰，而且真實度比較高。

10:二次電子探頭

102:多孔碳材料層

104:絕緣基片

20:二次電子探測器

202:二次電子探頭

204:測試單元

206,306:導線

30:掃描電子顯微鏡探測器

302:二次電子探頭

304:電流錶

圖1為本發明實施例提供的二次電子探頭的結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的奈米碳管結構設置在絕緣基片上的結構示意圖。

圖3為本發明實施例提供的超順排奈米碳管陣列設置在絕緣基片上的結構示意圖。

圖4為本發明實施例提供二次電子探測器的結構示意圖。

圖5為採用本發明實施例的二次電子探測器以及現有的二次電子探測器測試樣品時的結構示意圖以及得到的電流強度比較圖。

圖6為本發明實施例提供的掃描電子顯微鏡探測器的結構示意圖。

圖7為採用本發明實施例提供的掃描電子顯微鏡探測器的掃描電子顯微鏡以及採用Ti金屬作為二次電子探頭的掃描電子顯微鏡掃描樣品得到的樣品圖片。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的二次電子探頭、二次電子探測器以及掃描電子顯微鏡探測器進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種二次電子探頭10，該二次電子探頭10包括一多孔碳材料層102。該多孔碳材料層102包括複數個碳材料顆粒，該複數個碳材料顆粒之間存在微小間隙。該複數個碳材料顆粒之間的間隙為奈米級或微米級。該多孔碳材料層102為一自支撐結構。所謂“自支撐”即該多孔碳材料層102無需通過設置於一基體表面，也能保持自身特定的形狀。

所述微米級是指尺寸小於等於1000微米，奈米級是指尺寸小於等於1000奈米。進一步地，所述微米級是指尺寸小於等於100微米，奈米級是指尺寸小於等於100奈米。

所述多孔碳材料層102優選為純碳結構，是指該多孔碳材料層102僅由複數個碳材料顆粒組成，不含有其它雜質，而且碳材料顆粒也為純碳材料顆粒。

所述多孔碳材料層102中的複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的微小間隙，二次電子進入到所述多孔碳材料層102之後，會在多孔碳材料層102中的複數個碳材料顆粒之間的微小間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層102中發射出去，該多孔碳材料層102對電子的吸收率幾乎 可以達到100%。也就是說，該多孔碳材料層102可以看成是二次電子的絕對黑體。因此，該多孔碳材料層102對二次電子的收集效果特別好，採用該多孔碳材料層102的二次電子探頭10探測樣品表面逸出的二次電子時，基本不會有二次電子被漏掉，二次電子收集效率以及探測精確度較高。

請參閱圖2，所述多孔碳材料層102可進一步設置在一絕緣基片104的表面。該絕緣基片104優選為一平整結構。該絕緣基片104可以為柔性或硬質基片。例如，玻璃、塑膠、矽片、二氧化矽片、石英片、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、矽、形成有氧化層的矽、石英等。該基片的尺寸根據實際需要進行設定。本實施例中，所述多孔碳材料層102設置在一矽基片104的表面。

所述碳材料顆粒包括線狀顆粒和球狀顆粒的一種或兩種。所述線狀顆粒的橫截面的最大直徑小於等於1000微米。所述線狀顆粒可以為碳纖維、碳微米線、奈米碳管等。所述球狀顆粒的最大直徑小於等於1000微米。所述球狀顆粒可以為碳奈米球或者碳微米球等。優選的，所述碳材料顆粒為奈米碳管，所述多孔碳材料層102為一奈米碳管結構。該奈米碳管結構優選為純奈米碳管結構，是指該奈米碳管結構僅包括奈米碳管，不含有其它雜質，而且奈米碳管也為純奈米碳管。該奈米碳管結構為奈米碳管陣列或者奈米碳管網路結構。

當所述奈米碳管結構為奈米碳管陣列時，所述奈米碳管陣列優選設置在所述絕緣基片104的表面。且所述奈米碳管陣列中奈米碳管的延伸方向與所述絕緣基片104之間存在一交叉角度，該交叉角度大於0度小於等於90度，這樣更有利於奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管之間的微小間隙阻止二次電子從奈米碳管陣列中射出，提高奈米碳管陣列對二次電子的吸收率，進而提高對二次電子的探測精確度。

請參閱圖3，本實施例中，所述奈米碳管結構為一超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列設置在所述絕緣基片104的表面。所述超順排奈米碳管陣列可以直接生長於所述絕緣基片104上，也可以從其生長基底轉移至所述絕緣基片104上。該超順排奈米碳管陣列包括複數個彼此平行且垂直於所述絕緣基片104的奈米碳管。當然，所述超順排奈米碳管陣列中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對超順排奈米碳管陣列中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如 無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡得瓦力緊密接觸形成陣列。

該超順排奈米碳管陣列的尺寸、厚度及表面的面積不限，根據實際需要進行限定。所述超順排奈米碳管陣列的製備方法已為眾多前案公開，例如可參閱馮辰等人在2010年7月11日公告的台灣專利TWI327177。當然，所述奈米碳管陣列並不限定於所述超順排奈米碳管陣列，也可以為其它奈米碳管陣列。

所述奈米碳管網路結構中奈米碳管之間形成的網孔非常小，為微米級或奈米級。所述奈米碳管網路結構可以是奈米碳管海綿體、奈米碳管膜狀結構、奈米碳管紙、或者由複數個奈米碳管線編制或纏繞在一起形成的網路結構等。當然，所述奈米碳管網路結構並不限定於所述奈米碳管海綿體、奈米碳管膜狀結構、奈米碳管紙、或者由複數個奈米碳管線編制或纏繞在一起形成的網路結構，也可以為其它奈米碳管網路結構。

所述奈米碳管海綿體是由複數個奈米碳管相互纏繞形成的海綿狀奈米碳管宏觀體，該奈米碳管海綿體為一自支撐的多孔結構。

所述奈米碳管線包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管之間通過凡得瓦力首尾相連形成一宏觀的線狀結構。所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。所述扭轉的奈米碳管線由複數個奈米碳管基本平行排列並沿該扭轉的奈米碳管線的軸向旋轉加撚構成。所述扭轉的奈米碳管線可以通過將所述非扭轉的奈米碳管線的兩端相對回轉形成。在將所述非扭轉的奈米碳管線的兩端相對回轉的過程中，該非扭轉的奈米碳管線中的奈米碳管會沿奈米碳管線的軸向方向螺旋狀排列，且在延伸方向通過凡得瓦力首尾相連，進而形成所述扭轉的奈米碳管線。

所述奈米碳管膜狀結構為複數個奈米碳管膜層疊設置在一起形成，相鄰的奈米碳管膜之間通過凡得瓦力相結合，奈米碳管膜狀結構中的奈米碳管之間存在微小的間隙。所述奈米碳管膜可為一奈米碳管拉膜，一奈米碳管絮化膜，或一奈米碳管碾壓膜。

所述奈米碳管拉膜包括複數個基本相互平行且基本平行於奈米碳管拉膜表面排列的奈米碳管。具體地，所述奈米碳管拉膜包括複數個所述奈米 碳管通過凡得瓦力首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜可通過從奈米碳管陣列中直接拉取獲得，為一自支撐結構。由於該自支撐結構的奈米碳管拉膜中大量奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引，從而使奈米碳管拉膜具有特定的形狀，形成一自支撐結構。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人申請，於2011年8月01日公告的台灣專利TWI346086。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。某一實施例中，所述奈米碳管膜狀結構由多層奈米碳管拉膜層疊且交叉形成，相鄰的奈米碳管拉膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，且該交叉角度α大於0度且小於等於90度，所述複數個奈米碳管拉膜中的奈米碳管相互交織形成一網狀的膜結構。

所述奈米碳管絮化膜包括複數個相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構，以形成一自支撐的奈米碳管絮化膜。所述奈米碳管絮化膜各向同性。該奈米碳管絮化膜可通過對一奈米碳管陣列絮化處理而獲得。所述奈米碳管絮化膜的結構及製備方法請參見范守善等人於2007年5月11日申請，並於2011年06月1日公告的台灣專利TWI342864。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管碾壓膜包括複數個奈米碳管無序排列、沿一個方向擇優取向排列或沿複數個方向擇優取向排列，相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力結合。該奈米碳管碾壓膜可以採用一平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列生長的基底的方向擠壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管無序排列，該奈米碳管碾壓膜各向同性；所述奈米碳管碾壓膜也可以採用一滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管在所述固定方向擇優取向；所述奈米碳管碾壓膜還可以採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管沿不同方向擇優取向。所述奈米碳管碾壓膜的結構及製備方法請參見范守善等人於2007年6月29日申請，於2010年12月21日公告的 台灣專利TWI334851。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管紙包括複數個基本沿同一方向延伸排列的奈米碳管，且該複數個奈米碳管在其延伸方向通過凡得瓦力首尾相連，且所述複數個奈米碳管基本平行於該奈米碳管紙的表面設置。所述奈米碳管紙的結構及製備方法請參見范守善等人於2011年12月26日申請，於2015年7月11日公告的台灣專利TWI491561。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

由於所述奈米碳管結構比較純淨，奈米碳管結構中奈米碳管的比表面積比較大，奈米碳管結構本身具有很大的粘性，因此，當所述奈米碳管結構設置在所述絕緣基片104上時。所述奈米碳管結構可以通過自身的粘結力固定在所述絕緣基片104的表面上。可以理解，為了使所述奈米碳管結構更好的固定在所述絕緣基片104的表面，所述奈米碳管結構也可以通過一膠粘劑固定在所述絕緣基片104的表面上。本實施例中，所述奈米碳管結構通過自身的粘結力固定在所述絕緣基片104的表面上。

由於電子束的能量越高，其在多孔碳材料層102中的穿透深度越深，反之，穿透深度越淺。對於能量小於等於20keV的電子束，優選的，所述多孔碳材料層102的厚度範圍為200微米到600微米，在該厚度範圍內，電子束即不容易穿透多孔碳材料層102，也不容易從多孔碳材料層102中反射出去，在該範圍內多孔碳材料層102對電子的吸收率比較高。更優選的，所述多孔碳材料層102的厚度為300-500微米。更優選的，所述多孔碳材料層102的厚度範圍為250-400微米。

當所述多孔碳材料層102為超順排奈米碳管陣列時，所述超順排奈米碳管陣列的高度優選為350-600微米。在該高度範圍內，電子即不容易穿透超順排奈米碳管陣列，也不容易從超順排奈米碳管陣列中反射出去，在該高度範圍內超順排奈米碳管陣列對電子的吸收率比較高。更優選的，所述超順排奈米碳管陣列的高度為400-550微米。本實施例中，所述多孔碳材料層104為超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列的厚度為550微米。

所述二次電子探頭10在使用時，當電子束撞擊樣品的表面時，樣品發射出二次電子，該二次電子被所述多孔碳材料層102收集到，進而探測到二次電子。

本發明的二次電子探頭10僅採用一多孔碳材料層，結構簡單；而且該多孔碳材料層102可以看成是二次電子的絕對黑體。因此，該多孔碳材料層對二次電子的收集效果特別好，採用該二次電子探頭探測樣品表面逸出的二次電子時，基本不會有二次電子被漏掉，該二次電子探頭10對二次電子的吸收率可以達到99.99以上，收集效果以及探測準確率較高。所述多孔碳材料層可以為奈米碳管結構，由於奈米碳管結構具有良好的導電性能，柔性和強度，在高溫、低溫等極端惡劣的環境下也可以應用，因此該二次電子探頭10的應用範圍較廣。而且奈米碳管結構的品質比較輕，有利於實際操作，該二次電子探頭10可以適用於對品質和體積要求嚴格的微型設備。

請參閱圖4，本發明第二實施例提供一二次電子探測器20，該二次電子探測器20包括一二次電子探頭202以及一測試單元204。該測試單元204包括第一接線柱和第二接線柱，其中，第一接線柱通過一導線206與所述二次電子探頭202電連接，第二接線柱接地。

所述二次電子探頭202採用第一實施例中的二次電子探頭10，該二次電子探頭202包括第一實施例中的二次電子探頭10的所有技術特徵，在此不再贅述。

所述測試單元204用於對二次電子探頭202收集的二次電子進行測試並進行數值轉換。該測試單元204可以為電流錶、電壓表或溫度顯示器等。本實施例中，所述測試單元204為一電流錶，當二次電子探頭202收集到的二次電子通過導線傳輸到電流錶時，可以通過電流錶讀取該二次電子產生的電流值，進而得到樣品表面逸出的二次電子的多少。

所述測試單元204測得的信號可以進一步通過一輸出單元(圖未示)輸出。所述輸出單元可以為一圖像顯示器、報警器等。本實施例中，所述輸出單元為一LCD顯示器，該LCD顯示器根據所述測試單元204測得的電流信號形成一圖像輸出。

所述二次電子探測器20在使用時，當電子束撞擊樣品的表面時，樣品表面逸出二次電子，該二次電子被所述二次電子探頭202收集到，該二次 電子探頭202收集到的二次電子通過導線傳輸到所述測試單元204，所述測試單元204對該二次電子進行測試，例如該測試單元204可以測試所述二次電子探頭202收集到的二次電子產生的電流、電壓或溫度等，通過該測試單元204測試的數值可以得到樣品表面逸出的二次電子的多少，該測試單元204的測得的信號可以進一步通過一輸出單元輸出，例如形成圖像等。

請參閱圖5，採用本發明的採用超順排奈米碳管陣列作為二次電子探頭的二次電子探測器20以及現有的Ti金屬作為二次電子探頭的二次電子探測器，分別對Al、Si/SiO2、Ti、Cu、Ag、Au進行測試，兩個二次電子探測器的區別僅在於二次電子探頭的材料不同，其它元件均相同。由圖5a中插圖可以看出，在相同條件下，測試Au樣品時，本發明的二次電子探測器20對二次電子的的收集效率提高了46.21%；測試Si/SiO2樣品時(其中SiO2的厚度為300nm)，收集效率提高了67.5%。圖5b中的斜率表示在相同樣品下，本發明的二次電子探測器20以及現有的Ti金屬作為二次電子探頭的二次電子探測器探測同一樣品時的採集到的電流強度之比，由圖5b可以看出，在測試Al、Si/SiO2、Ti、Cu、Ag、Au樣品時，本發明的二次電子探測器20收集效率相對於現有的Ti金屬作為二次電子探頭的二次電子探測器均提高50%左右。說明相對於現有的Ti金屬作為二次電子探頭的二次電子探測器，本發明的二次電子探測器20中收集到的樣品表面逸出的二次電子更多，對二次電子的收集效果更好，且該二次電子探測器20探測二次電子的準確率更高。

本發明提供的二次電子探測器20採用多孔碳材料層作為二次電子探頭，多孔碳材料層可以看成是二次電子的絕對黑體。因此，該多孔碳材料層對二次電子的收集效果特別好，採用該二次電子探測器20探測樣品表面逸出的二次電子時，基本不會有二次電子被漏掉，二次電子收集效率以及探測準確率較高。二次電子探測器20中的二次電子探頭僅採用多孔碳材料層即可實現對二次電子的吸收率幾乎達到100%，因此，該二次電子探測器20的結構簡單。當所述多孔碳材料層為奈米碳管結構時，由於奈米碳管結構具有良好的導電性能，柔性和強度，在高溫、低溫等極端惡劣的環境下也可以應用，因此該二次電子探測器20的應用範圍較廣；而且奈米碳管結構的品質比較輕，有利於實際操作，該二次電子探測器20可以適用於對品質和體積要求嚴格的微型設備。

請參閱圖6，本發明第三實施例提供一種掃描電子顯微鏡探測器30，該掃描電子顯微鏡探測器30包括一二次電子探頭302以及一電流錶304。該電流錶304包括一第一接線柱和一第二接線柱，其中，第一接線柱通過導線與該二次電子探頭302電連接，第二接線柱接地。掃描電子顯微鏡的圖像顯示器與所述二次電子探頭302以及電流錶304電連接，並根據電流錶304中的電流值成像。

所述二次電子探頭302為第一實施例中的二次電子探頭10，其包括第一實施例中的二次電子探頭10的所有技術特徵，在此不再贅述。也就是說，該二次電子探頭302包括第一實施例中的所述多孔碳材料層102。

所述二次電子探頭302可以設置在掃描電子顯微鏡的腔室內的任何位置，只要保證與樣品間隔開即可。優選的，所述二次電子探頭302設置在掃描電子顯微鏡的腔室的側壁上。由於樣品一般放置在掃描電子顯微鏡腔室內的底部，當二次電子探頭302設置在掃描電子顯微鏡的腔室的側壁上時，該二次電子探頭302位於樣品的斜上方，更有利於對樣品表面逸出的二次電子進行收集。相對於現有的掃描電子顯微鏡探測器，本發明的二次電子探頭302與樣品的距離比較近，進而使得二次電子的收集率更高。可以理解，所述二次電子探頭302也可以不固定在掃描顯微鏡的腔室的側壁，而是通過一固定支架設置在所述掃描顯微鏡的腔室內。

當所述二次電子探頭302中的多孔碳材料層102為奈米碳管陣列時，所述奈米碳管陣列中的奈米碳管的延伸方向與所述腔室的側壁之間優選存在一交叉角度，該交叉角度大於0度小於等於90度，這樣更有利於奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管之間的微小間隙阻止二次電子從奈米碳管陣列中射出，提高奈米碳管陣列對二次電子的收集率。本實施例中，所述多孔碳材料層102為一超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管的延伸方向垂直於所述掃描顯微鏡的腔室的側壁。

所述掃描電子顯微鏡探測器30在使用時，當掃描電子顯微鏡的電子發射端發射的高能電子束撞擊樣品時，樣品表面逸出二次電子，該二次電子被所述二次電子探頭302收集到，通過電流錶304讀取該二次電子探頭302收集到的二次電子產生的電流，掃描電子顯微鏡的圖像顯示裝置根據該電流值成像，進而的到樣品的表面形貌的照片。

圖7中a和b分別為本發明的採用超順排奈米碳管陣列作為二次電子探頭的掃描電子顯微鏡以及採用Ti金屬作為二次電子探頭的掃描電子顯微鏡測試同一待測樣品時採集到的圖像，待測樣品為將一金電極放置在Si/SiO2襯底上。圖7中a和b採用的掃描電子顯微鏡中僅二次電子探頭不同，其它元件均相同，掃描的樣品也完全相同。比較圖7中a和b可以看出，與現有的採用Ti金屬作為二次電子探頭的掃描電子顯微鏡採集到的圖像相比，採用本發明的掃描電子顯微鏡探測器30的掃描電子顯微鏡採集到的圖像顏色更深，說明本發明的掃描電子顯微鏡探測器30收集的電流較強，收集到的二次電子較多。

本發明提供的掃描電子顯微鏡探測器30中，二次電子探頭採用多孔碳材料層，該碳多孔碳材料層中的複數個碳材料顆粒之間存在微小間隙，二次電子進入到所述多孔碳材料層之後，會在多孔碳材料層中的複數個碳材料顆粒之間的微小間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層中射出，多孔碳材料層可以看成是二次電子的絕對黑體。因此，所述掃描電子顯微鏡探測器30對二次電子的收集效果特別好，採用該掃描電子顯微鏡探測器探測樣品表面逸出的二次電子時，基本不會有二次電子被漏掉，進而使得採用該掃描電子顯微鏡探測器30的掃描電子顯微鏡得到的樣品的表面形貌照片比較清晰，而且真實度比較高。而且由於多孔碳材料層對二次電子的吸收率在99.99%以上，幾乎可以達到100%，因此電流錶得到的電信號較強，因此，無需像現有的掃描電子顯微鏡進行電-光-電的轉換，掃描電子顯微鏡探測器30中的所述二次電子探頭收集到二次電子通過電流錶直接測得電流值，掃描電子顯微鏡的圖像顯示器根據該電流信號成像，進而得到樣品的表面形貌照片，測試流程簡單，測試時間較短；而且本發明的掃描電子顯微鏡探測器可以使得掃描電子顯微鏡的結構簡化，成本降低。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10:二次電子探頭

102:多孔碳材料層

Claims (10)

1. 一種二次電子探頭，其改良在於，包括一多孔碳材料層，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，該多孔碳材料層為一自支撐結構，該多孔碳材料層為一電子黑體。
2. 如請求項1所述之二次電子探頭，其中，所述碳材料顆粒為奈米碳管、碳纖維、碳奈米線、碳微米球或碳奈米球中的一種或多種。
3. 如請求項2所述之二次電子探頭，其中，所述奈米碳管結構為奈米碳管陣列或者奈米碳管網路結構。
4. 如請求項3所述之二次電子探頭，其中，所述奈米碳管網路結構為奈米碳管海綿體、奈米碳管膜狀結構、奈米碳管紙、或者由複數個奈米碳管線編制或纏繞在一起形成的網路結構。
5. 如請求項1所述之二次電子探頭，其中，所述多孔碳材料層的厚度範圍為200微米到600微米。
6. 如請求項1所述之二次電子探頭，其中，所述多孔碳材料層為一超順排碳納米管陣列，該超順排碳納米管陣列的高度為400-550微米。
7. 如請求項1所述之二次電子探頭，其中，所述多孔碳材料層設置在一絕緣基片上。
8. 一種二次電子探測器，包括一二次電子探頭以及一測試單元，該二次電子探頭與該測試單元通過一導線連接，其改良在於，所述二次電子探頭為請求項1~7中任一項請求項中的二次電子探頭。
9. 一種掃描電子顯微鏡探測器，包括一二次電子探頭以及一電流錶，該電流錶包括一第一接線柱和一第二接線柱，該第一接線柱與該二次電子探頭電連接，該第二接線柱接地，掃描電子顯微鏡的圖像顯示器與所述二次電子探頭以及電流錶電連接，並根據電流錶中的電流值成像，其改良在於，所述二次電子探頭為請求項1~7中任一項請求項中的二次電子探頭。
10. 如請求項9中所述之掃描電子顯微鏡探測器，其中，所述二次電子探頭設置在掃描電子顯微鏡的腔室的側壁上。

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