Вопросы. Вопросыв. Как формируется электрический зонд
 Скачать 19.51 Kb.
|
|
Как формируется электрический зонд? Ускорение и фокусировка пучка происходит в колонне, вверху которой находится электронная пушка, испускающая электроны. Далее следует система электронной оптики, которая формирует узкий зонд, а также позволяет отклонять его в сторону, направляя в определенные точки образца. Здесь же в колонне находится измеритель тока зонда и оптический микроскоп. Во внутренних областях колонны поддерживается вакуум, чтобы избежать рассеяния электронов и окисления вольфрамовой нити, являющейся источником электронов. Образец крепится в специальном держателе, позволяющем максимально удобно оперировать с образцами в процессе работы. Образец окружен детектирующей аппаратурой — детектором отражённых электронов, детектором вторичных электронов. Помимо колонны, в виде отдельных блоков смонтирована остальная аппаратура — это вакуумная система, управляющая система с монитором для отображения результатов, счетный блок рентгеновского спектрометра и компьютер, позволяющий считывать результаты наблюдений. Как происходит формирование изображения в РЭМ? Принцип растровой электронной микроскопии состоит в сканировании исследуемой поверхности тонким электронным лучом по типу телевизионной развёртки. Выбитые электронным лучом вторичные электроны регистрируются детектором электронов, образуя видеосигнал, моделирующий яркость луча электронно-лучевой трубки, развёртка которой синхронна с развёрткой луча микроскопа. Так как коэффициент вторичной эмиссии зависит от угла падения первичных электронов, на экране электронно-лучевой трубки возникает изображение, определяемое рельефом исследуемой поверхности. Чем обусловлена большая глубина фокуса в растровом электронном микроскопе? В световом микроскопе всюду имеется жесткое соответствие между плоскостями объекта и изображения, что и ограничивает глубину фокуса. В РЭМ условия иные. Здесь электронные линзы формируют лишь тонкий первичный луч, освещающий образец, а между объектом и коллектором вторичных электронов нет электронной линзы с сильным осесимметричным электрическим полем. Несфокусированный пучок вторичных электронов может дать произвольное пятно засветки на торце сцинтиллятора коллектора. Однако это пятно соответствует полной эмиссии, поступающей со всей «точки» объекта. В отличие от светового микроскопа соответствие между точкой объекта и ее изображением обеспечивается не линзой, а последовательным «освещением» 17 отдельных мест объекта, причём оба электронных луча в камере микроскопа и в видеотрубке движутся синхронно и синфазно. Изображение в РЭМ остается резким и в тех случаях, когда нормаль к объекту образует достаточно большой угол с направлением «освещающего» электронного луча. Это так же связано с большой «безоптической» глубиной фокуса изображения. Однако контраст картины сильно зависит от угла наклона, так как вторичная эмиссия характеризуется сильной угловой зависимостью. Как выглядит спектр вторичных электронов? Спектр истинно вторичных электронов имеет вид кривой с максимумом при некотором значении Е = Еm. Форма энергетического спектра истинно вторичных электронов N(Е), величины Еm и ∆E у металлов практически не зависят от энергии первичных электронов при Е0 ≥ 20 эВ. При Е0 < 20 эВ положение максимума Еm сдвигается в сторону меньших энергий. Что такое оже-электроны и характеристическое рентгеновское излучение? Испускание электрона ионизованным атомом после образования вакансии в его внутренней электронной оболочке. Вакансия может возникнуть при выбивании другого электрона рентгеновским или гамма-излучением, электронным ударом. Следует отметить, что для оже-процесса необходимо наличие как минимум двух электронов на возбуждённой орбите (в атоме водорода ожепроцесс невозможен). Энергия оже-электронов тоже строго зависит от атомного номера элемента, поэтому они тоже могут быть использованы для определения химического состава вещества (оже-спектроскопия). Какова информативность упруго отраженных электронов? Если образец однороден по составу и имеет выраженный рельеф, то изображение в отраженных электронах будет иметь такой же вид, как если бы мы смотрели на поверхность со стороны падения первичного пучка. В том случае, если образец плоский, но имеет области с разным составом, из-за различия в η сигнал от области с большим η будет больше, чем от области с меньшим η, и последняя на изображении будет выглядеть тёмной Какова информативность истинно вторичных электронов? Несфокусированный пучок вторичных электронов может дать произвольное пятно засветки на торце сцинтиллятора коллектора. Однако это пятно соответствует полной эмиссии, поступающей со всей «точки» объекта. В отличие от светового микроскопа соответствие между точкой объекта и ее изображением обеспечивается не линзой, а последовательным «освещением» 17 отдельных мест объекта, причём оба электронных луча в камере микроскопа и в видеотрубке движутся синхронно и синфазно. Изображение в РЭМ остается резким и в тех случаях, когда нормаль к объекту образует достаточно большой угол с направлением «освещающего» электронного луча. Это так же связано с большой «безоптической» глубиной фокуса изображения. Однако контраст картины сильно зависит от угла наклона, так как вторичная эмиссия характеризуется сильной угловой зависимостью. В чём отличие детекторов упруго отраженных и истинно вторичных электронов? Детектор представляет собой сцинциляторный счетчик. Принцип его действия прост. Вторичные электроны собираются детектором, состоящим из сетки, находящейся под небольшим положительным потенциалом по отношению к образцу, и сцинтиллятора Если вторичные электроны за счет рассеяния в толще оразца вылетают изотропно, то отраженные — направленным пучком в какую-то одну сторону. При этом основная масса отражённых электронов направлена навстречу падающему пучку. Так как, в отличие от истинно вторичных, отражённые электроны в РЭМ обладают большими энергиями, для их регистрации используется менее чувствительный твёрдотельный детектор. Как формируется контраст изображения в истинно вторичных электронах (поясните на примере цилиндрического объекта на плоской подложке)? Контраст во вторичных электронах сильнее всего зависит от рельефа поверхности, тогда как отражённые электроны несут информацию о распределении электронной плотности (области, обогащённые элементом с большим атомным номером выглядят ярче). Поэтому обратно-рассеянные электроны, которые генерируются одновременно со вторичными, кроме информации о морфологии поверхности содержат дополнительную информацию и о составе образца Как регистрируется элементный контраст в упруго отраженных электронах? Контраст СЭМ-изображения в режиме ОЭ обусловлен зависимостью коэффициента обратного рассеяния от атомного номера Z элементов образца. Так как дифференциальное сечение упругого рассеяния электрона пропорционально Z2, то коэффициент обратного рассеивания монотонно увеличивается с ростом Z. Для низких значений Z зависимость почти линейна. Следовательно, чем выше атомный номер Z, тем больше коэффициент обратного рассеяния и тем ярче соответствующая область на СЭМ-изображении, что обеспечивает композиционный контраст изображения или так называемый Z-контраст. Механизмы формирования изображения в обратных и во вторичных электронах различаются, прежде всего, большим различием их энергий и глубиной поступающей информации. |