测量深紫外波长下的阴极荧光

使用的 Gatan 仪器

Monarc^® Pro 系统，配备紫外级光学元件和检测器，可测量低至 185 nm 的发光。

背景

许多具有科学和商业价值的材料在被电子束激发时会发射紫外波段 (UV) 的光。案例包括用于电力/功率电子、光电子或光电探测器的超宽带隙半导体。阴极荧光 (CL) 作为此类材料检测的强大技术，可用于研究纳米级的缺陷、应变和成分变化。然而，紫外光子的检测可能具有挑战性，需要专门的光学元件和检测器。因此，许多标准 CL 系统无法有效测量 <300 nm波长的光子，参见图 1。本文中，我们研究了 Monarc Pro 系统如何成为在 UV 条件下工作的优选。

CL 系统使用光学组件采集并传输样品发射到分析硬件的光。透射光学元件 (例如光纤、真空窗和棱镜) 必须具有低吸收率，这可以使用适当 UV 等级的高质量光学元件来实现。
然而，由于透射光学元件的折射率变化很大，会引入色差并会降低进入光谱仪的通量，无法针对所有波长优化光通量。为了克服这个问题，一些系统要求用户更换传输光学元件，并在紫外和可见光波长之间重新对准光路系统。然而，Monarc Pro 系统通过使用无色差反射光学元件进行光谱分析，保持了从深紫外到红外波长的高光通量。

对于光谱分析，电荷耦合器件 (CCD) 能够快速测量整个光谱。然而，传统 (前照式) CCD 在 UV 波长下的响应性较差，因为光在到达传感器的有效区域之前会被吸收。背照式 CCD 在可见光波长下具有 >96% 的效率，但由于 (薄) 有效区域内紫外线的吸收率低，在 <300 nm 波长下的响应度仍然很差，接近于零。Monarc Pro 通过使用背照式器件最大限度地提高了可见光波长下的效率，并通过使用紫外线增强涂层克服了短波长下的缺陷，该涂层在低于 300 nm 的波长下提供 >30% 的量子效率。

光电倍增管 (PMT) 也可用作 CL 的检测器，并且能够快速产生高分辨率图像。这些探测器可能会受到真空窗口或所采用的光电阴极面材料的限制。真空窗口通常是 CL 测量的一个问题，因为 SEM 的腔室必须在高真空下运行。因此，我们收集的任何光都必须在某个阶段穿过真空窗或光纤。在 Monarc Pro 系统中，真空窗口由 CaF 制成，可在 150 – 2,500 nm 范围内提供出色的透射率，而所选的 PMT 可在 185 nm 以上提供高检测效率。