РЕФЕРАТ

на тему:

„Електронна мікроскопія”

Растрова електронна мікроскопія.

Принцип

Електронний промінь у вигляді тонкого пучка електронів (зонд, діаметр пучка<10 нм) сканує зразок по рядках точку за точкою та синхронно передає сигнал на кінескоп. При попаданні електронного променя у якусь точку зразка відбувається вібивання з його матеріалу вторинних електронів та відбитих електронів. Яскравість зображення точки на екрані кінескопу залежить від кількості “виходу” електронів.Високий “вихід” електронів із зразка дає світлу точку зображення на екрані, малий “вихід” відповідає темній точці. В інтервалі між цими значеннями “виходів” електронів спостерігаються сірі точки різніх відтінків.

Електронній зонд являє собою тонкий пучок електронів приблизно циліндричної форми, при дії його на зразок збуджуються однаково малі плями електронного збудження. Це пояснює добру глибину різкості зображення при растровій електронній мікроскопії.

Первинний електронний промінь (зонд) виникає в вакуумній колoні (електронна пушка) растрого електронного мікроскопу (РЕМ). Елнктрони вилітають з катода, що накопичує, і прискорюються електричним полем з напругою 1-50 кВ; промінь фокусується трьома електромагнітними конденсорними лінзами та за допомогою відхиляючих котушок скануються по зразку.

Електрони, що випромінюються зразком, викликають в сцинтиляторі світові спалахи (фотони). Швидкі пружньорозсіянні (відбиті) електрони з високою енергією без додаткового підводу енергії потрапляють в сцинтилятор; вторинні електрони з нізькою енергією при русі до сцинтилятора отримують прискорення від приложення електричного поля. Світлові спалахи залишають вакуумну колонку крізь світловод і у фотопомножувачі, що примикає до нього, перетворюються в електричні імпульси. За допомогою останніх після подальшого посилення можна регулювати яскравість екрану електронної трубки (мал.3). Отримане таким чином зображення поверхні є об”ємним і може бути пояснене так, наче об”єкт освітлюється сцинтилятором, що встановлений на боці об”єкту, а спостереження ведеться з боку прямування первинного електронного променя.

Дія первинного електронного променя

Падаючі на об”єкт електрони з високою енергією відхиляються і уповільнюються атомами твердого тіла. Ці процеси відбуваються всередині зони проникнення електронів (мал.4). При цьому із зразка можуть вилітати електрони, рентгенівські кванти, фотони і виділятись тепло.

Відбиті електрони: електрони з високою енергією, які висилаються з відносно протяжної області об”єкту навколо первинного електронного променя; вони виходять з великої глибини (мал. 4,а).

Вторинні електрони: електрони з малою енергією (<50еВ), які залишають поверхню у випадку, коли їхня енергія вище, ніж робота виходу (2-6 еВ). Вторинні електрони переважно утворюються тільки в тонкому шарі матеріалу (1-10 нм) всередині плями, на яку впав первинний промінь.

В більшості випадків для отримання зображення за допомогою РЕМ використовуються вторинні електрони. Вони дозволяють отримувати краще розділення (<10 нм), ніж у випадку відбитих електронів.

Оже-електрони

На фоні неперервного розподілення енергій вторинних електронів в області енергій від п”ятидесяти до декількох сот електронвольт (при строго фіксованих для кожного елементу значеннях енергії) виникають максимуми, які виникають завдяки Оже-електронам (Оже-переходам). Хоч ці максимуми і слабко виражені, їх можна спостерігати за допомогою спеціальних детекторних систем і використовувати для аналізу зовнішніх поверхневих атомних шарів. Завдяки цьому з”являється можливість застосування Оже-електронної спектроскопії (ОЕС) в (РЕМ). Досліджувана товщина шару - 2-3 нм.

К в а н т и р е н т г е н і в с ь к о г о в и п р о м і н ю в а н н я.

Неперервне гальмуюче випромінювання виникає за рахунок розсіяння падаючих електронів атомними ядрами. Воно охоплює всі значення, аж до самої енергії падаючих первинних електронів. Характеристичние випромінювання виникає у випадку, коли електрони, що падають, викликають збудження мишені за рахунок перескоку електронів на внутрішніх оболонках атомів. Цей вид випромінювання використовується для мікроаналізу. Утворення рентгенівського характеристичного випромінювання концентрується в основному в об”ємі, який для важких елементів є напівсферою, а для легких- грушевидним (мал.4). Доля гальмуючого випромінювання з малою енергією може утворюватися на кінці шляху електрона (далекість дії) (мал.4,а і в). Однак для отримання характеристичного випромінювання енергія електрона повинна бути більша, ніж енергія збудження характеристичного випромінювання. Ця умова виконується тільки до критичної глибини проникнення.

Ф о т о н и: В деяких твердих тілах при опроміненні електронами атоми можуть перейти у збуджений стан з виділенням світла (катодолюмінесценція). Це трапляється за рахунок розсіяння електронів на ядрах атомів.

Контраст електронного зображення

Контраст зображення переважно залежить від кута нахилу зразка до електронного променя. При перпендикулярному напрямі променя до поверхні зразка випромінювання слабке, що відповідає темним областям на зображенні; якщо електронний промінь ледь торкається поверхні, то з”являється сильне випромінювання і майже всі області зображення є світлими. Цей ефект особливо гарно спостерігати у випадку гострих граней, коли можливе двобічне випромінювання.

Розташування електронного детектора також впливає на утворення контрасту. При цьому спостерігаються ефекти затемнення для таких поверхонь об”єкту, які відхилені від сцинтилятора. Крім того,на зображеннях, отриманих тільки за рахунок відбитих електронів, виникають “глибокі тіні”- випадки, коли з цих місць відбиті електрони не можуть досягнути детектора.

Вихід електронів залежить також від порядкового номеру елемента. Важкі елементи випромінюють більше електронів, ніж легкі. Завдяки цьому на електронному зображенні виникає контраст, який залежить від складу різних фаз. Крім того, контраст виникає як наслідок орієнтації площин кристалу по відношенню до первинного електронного променя. Слід також відмітити, що на ступінь контрасту може вплинути зміна напруги, що подається на систему растрового електронного мікроскопу, що прискорується /система/.

Роздільність

Роздільність визначається діаметром того участку на поверхні об”єкту, від якого випромінюються вторинні електрони.