1.3 可视化与检测系统

检测系统由一个球形 Exit ESA 组成，用于将二次束切换引向二次检测器。外侧电极上的一个通孔允许离子在该 Exit ESA 设置为 OFF 时直接穿过。

在 Exit ESA 正后方，一个偏转器允许将束流偏转引向 EM 器件或法拉第杯器件。

1.3.1 MCP 直接成像

一对透镜 LPR1 和 LPR2（称为投影透镜）用于将样品离子像或出口狭缝平面处的束流横截面投影到微通道板（MCP）上。

图像模式（Image mode）对应第一种情况（样品成像）。该模式也称为离子显微镜模式。

狭缝模式（Slit mode）对应第二种情况（出口狭缝平面成像）。

1.3.2 微通道板/荧光屏（MCP/FS）

该系统由耦合到荧光屏的微通道板器件组成。微通道板将二次离子转换为电子，荧光屏将电子转换为光子。荧光屏图像通过 CCD 相机采集并显示在实时屏幕上。

MCP 是由微小通道构成的组件（直径 ∅ ≈ 10 μm）。每个通道都是一根内表面覆有 SiO2 发射层（或导电层）化合物的微细中空玻璃管。当二次离子撞击半导体表面时，会产生二次电子发射，这些电子在通道内通过碰撞级联被加速和倍增。MCP 器件的有效面积（开孔面积/总面积之比大于 50 %）。

MCP 增益（每个二次离子产生的二次电子数）通过控制施加在检测器两端的电位可调（通常从几百 10² 到 10⁴）。该电位可在 400 V 到 1500 V 之间变化。电位越高，增益越大。荧光屏处于自动调节的电位，以保持电子具有恒定的 5000 V 引出电压，从而将电子聚焦到荧光屏上直径约 70 μm 的光斑中。MCP/FS 图像检测器的可调增益提供了在极宽动态范围内的成像能力。

MCP/FS 系统的原理如下图所示。

1.3.3 计数模式离子检测器

IMS 7f 和 4fE7 配备了用于计数模式的两种离子检测器：一个法拉第杯（FCs）和一个电子倍增器（EM）。法拉第杯与电子倍增器的组合为二次强度测量提供了极高的动态范围。

法拉第杯（FCs）和电子倍增器（EM）分别用于测量 [5 × 10⁵; 5 × 10⁹] 和 [10⁻¹; 10⁶] c/s 范围内的计数率。强度范围的重叠允许在给定的分析中组合使用这两种检测器。这两个检测器并排安装在仪器第二个静电分析器（投影部分）之后的二次束轨迹上。位于检测器组件前方的偏转器用于实现二次束在两个检测器之间的快速切换。

1.3.4 法拉第杯（FCs）

法拉第杯是长径比较大的空心圆柱体，与仪器地绝缘。为了精确测量二次离子强度，必须防止二次离子轰击法拉第杯壁诱导的二次电子从法拉第杯中逃逸。这通过在法拉第杯前方放置一个抑制极（施加负偏压的极板）来实现。

IMS 法拉第杯系统的示意图如下图所示：

聚焦进入法拉第杯的二次束带来的电荷产生电流，该电流通过高阻抗放大器转换为电压。该电压被送入电压/频率转换器的输入端。

1.3.5 电子倍增器（EM）

IMS 7f-Auto 配备了工作在直接脉冲计数模式下的电子倍增器（EM）。最常用的 EM 由 ETP 制造。它由 21 个活性薄膜打拿极组成。

撞击 EM 第一打拿极（转换打拿极）的二次离子诱发二次电子发射。然后，这些电子通过连续的打拿极级联被加速，以放大二次电子电流。获得约 10⁸ 的增益（每个二次离子的平均电子数）。对于到达检测器的大多数二次离子，在最后一个打拿极输出端产生电荷脉冲。电荷幅度被转换为电压，以伏特为单位的脉冲幅度与 EM 增益成正比。注意，某些入射离子在 EM 输出端不会产生任何信号。

每个脉冲的幅度根据通常由 PHA 分布曲线（PHA 代表脉冲高度幅度 Pulse Height Amplitude）显示的分布规律随机分布。因此，了解这种分布对于优化 EM 高压（HV）和阈值（Threshold）的设置非常有帮助。检查该曲线形状还用于监控 EM 的老化程度。