ЭМ (1027634), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В приборе используетсяпятиэлектродный иммерсионный объектив и ионная пушка дляполучения вторично-эмиссионных изображений. Авторам удалосьзафиксировать рекордное разрешение 800 Å на зеркальном изображении пленки золота.Сложный лабораторный комбинированный прибор, разработанный Никсоном с сотрудниками, можно использовать как просвечивающий микроскоп, электронограф, эмиссионный или зеркальный микроскопы.Новый прибор, представляющий собой комбинацию зеркального микроскопа с электронографами для быстрых и медленныхэлектронов, разрабатывается во Франции. Вакуум в этом прибореКонспект лекций65порядка 10–10 мм рт.
ст., точность измерений поверхностных потенциалов – до 0,1 мВ, локальность – около 10 мкм. Прибор состоит из электронной пушки, отклоняющей магнитной призмы и двухэлектронных зеркал, одно из которых предназначено для суженияэнергетического спектра отраженных электронов (примерно в двараза), а второе – для измерения локальных потенциалов на поверхности образца – отражателя этого зеркала.Ведутся эксперименты с системой, состоящей из трех зеркали магнитной призмы, обеспечивающей возвращение монохроматизированного (после трех отражений) электронного пучка на первоначальную ось. Интенсивно разрабатываются в последние годытакже растрово-зеркальные микроскопы, которые, обладая всемидостоинствами растровых электронных микроскопов (РЭМ), гораздо более чувствительны к поверхностным микрополям, чемобычные РЭМ.
Некоторые из разработанных приборов могут работать и как обычные зеркальные микроскопы, в которых изображение формируется одновременно, а не поэлементно.1.5.3. ВИДЫ ОТОБРАЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВОтображение геометрического рельефа и электрическихмикрополей. Рельеф поверхности или электрические микрополяна электроде-отражателе искажают плоские эквипотенциальныеповерхности однородного тормозящего поля иммерсионного объектива, что приводит к модуляции по скоростям и по плотностиотражающегося электронного пучка (рис. 1.16). Поскольку выпуклая эквипотенциальная поверхность в тормозящем поле действуетна электроны так же, как рассеивающее зеркало на световой пучок,«бугорок» на поверхности образца будет отображаться на экранеЗЭМ (в теневом рассеивающем режиме) в виде темного пятна сосветлой окантовкой, в то время как «впадина» или положительнозаряженный участок поверхности будет фокусировать электронный пучок, и на экране появится светлое пятно.
Тонкая структурастановится заметной только при отражении электронов на маломрасстоянии от поверхности образца. Если должны не только наблюдаться, но и интерпретироваться тонкие детали, то нужно позаботиться о том, чтобы они не перекрывались грубой структурой,т. е. поверхность должна быть хорошо отполирована. Если менятьнапряжение смещения, нельзя одновременно получить «резкое»66Электронная микроскопияотображение (острие каустики в плоскости экрана) мелких и грубых деталей рельефа. В то время как светооптическое изображение«двухмерно» (малая глубина резкости), ЗЭМ дает «пространственное» изображение рельефа, так как электронно-оптический показатель преломления η ∼ C 1 3 меняется плавно.AABCаCвCBABбCгРис.
1.16. Отображение ступенек скола на NaCl:а, б – электронно-зеркальное изображение соответствующихповерхностей скола; в – светооптическое изображение;г – схема смещения зеркального изображения ступенек(штриховая линия) относительно, светооптического изображения(сплошные линии)Несмотря на большое сходство формирования изображенияэлектрических микрополей и геометрического рельефа, существует важное для практических применений различие между ними:«геометрический» контраст улучшается с ростом напряженностиE x тормозящего поля, а «электрический» ослабевает.Несколько иной подход к проблеме отображения потенциальных и геометрических рельефов в ЗЭМ, разрабатываемый в последние годы рядом исследователей, – это метод спектральныххарактеристик.
Зеркальная электронно-оптическая система рассматривается как некоторый фильтр, обеспечивающий более илименее искаженную передачу спектра пространственных частот наобразце, аналогично тому, как обычный радиотехнический фильтрпропускает ту или иную полосу временных частот. Поэтому определение чувствительности и контраста изображения, созданногоКонспект лекций67зеркальной электронно-оптической системой, сводится к нахождению ее спектра пропускания, а точнее – к нахождению ее частотно-контрастной (спектральной) характеристики.Процесс формирования изображения, рассматриваемый с точкизрения передачи информации о структуре образца, можно разбитьна три стадии:1) модуляция носителей информации (электронов) изучаемойструктурой;2) перенос информации;3) демодуляция.В эмиссионном микроскопе с апертурной диафрагмой и в ЗЭМсо сфокусированным изображением демодуляция осуществляетсясрезанием отклоненных электронов краем диафрагмы, а в «теневом» ЗЭМ она происходит одновременно с переносом информации: электронный пучок, модулированный по скоростям исследуемым рельефом, перераспределяется по плотности.
Оба видадемодуляции линейны лишь в узком диапазоне степени модуляции, причем теневое изображение – более чувствительный способдемодуляции. Спектральную характеристику в области vmax можно использовать только для очень грубых оценок, так как в этойобласти (при фиксированной амплитуде гармоник распределенияпотенциала) не выполняется условие малости микрополя, благодаря которому можно линеаризовать уравнения движения электронаи получить зависимость. Именно поэтому в работах спектральнаяхарактеристика строится лишь в узком диапазоне частот.Вследствие весьма существенной нелинейности зеркальнойсистемы ход спектральной характеристики отличается для положительных и отрицательных участков потенциального рельефа(сдвиг изображения в сторону более положительных участков –см. выше), поэтому приходится строить усредненную спектральную характеристику, что, конечно, снижает достоинства рассматриваемого метода.
Тем не менее экспериментальная проверка расчетных значений спектральной характеристики, проведенная Артамоновым с соавторами, показала вполне удовлетворительноесовпадение теоретических и опытных данных.Таким образом, реальную зеркальную электронно-оптическуюсистему можно также (с некоторыми допущениями) рассматриватькак квазилинейный фильтр пространственных частот с ограниченной полосой пропускания (сильный завал высоких и низких частот).68Электронная микроскопияОтображение магнитных микрополей.
Путем сравненияс порошковыми фигурами было показано, что светлые участки наэлектронно-зеркальном изображении соответствуют местам с максимальным градиентом магнитного поля. В дальнейшем исследования с помощью ЗЭМ магнитных микрополей различного происхождения – доменных структур, полей звукозаписывающих устройств, полей записи на магнитофонных лентах, искусственныхобразцов с подмагничиванием – продолжил Майер.
Он одним изпервых дал качественный анализ проблемы «магнитного контраста» в ЗЭМ (расшифровка такого контраста сложнее, чем электрического) и описал некоторые признаки, позволяющие отличатьизображения магнитных микрополей от изображения геометрического и электрического рельефа:1) чувствительность ЗЭМ к магнитным полям увеличиваетсяс удалением от электрического центра (центра области попадания электронов при положительном U );2) если перемещать образец, то контраст изображения магнитной структуры меняется на обратный при прохождении электрического центра;3) под воздействием магнитного микрополя смещается пятновторичной эмиссии;4) радиальные магнитные структуры отображаются с бóльшимконтрастом, чем протяженные в азимутальном направлении.1.5.4.
РАЗРЕШЕНИЕ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬСтрогое решение задачи о предельном разрешении δ зеркального микроскопа может быть получено только с позиций волновоймеханики, так как в точке поворота дебройлевская длина волныλ > ∞. Грубую оценку δ можно получить квазиклассическим методом из соотношения неопределенностей Гейзенберга. Например,для периодического распределения потенциала на образце (пространственный период 2πα по x и по y ):1⎛ Z ⎞Ψ 0 = exp ⎜ − − 1⎟ ( cos ( x a ) + cos ( y a ) ) =2⎝ a ⎠1= exp ( − ( Z + 1) ) ( cos X + cos Y ) ,2тогда приращение тангенциальной скорости равно:Конспект лекций⎛ dXΔ⎜⎝ dt69∞∂Ψ 0⎞⎟=2∫∂X⎠Z012dZXe( 2 ( Z − Z0 ))12⎛π⎞= −⎜ ⎟⎝2⎠exp ( − Z 0 − 1) sin X e ,где X = x a ; Z = z a ; а – характерная длина; Ψ = ψ ( aE∞ ) ; ψ – потенциал, учитывающий возмущение на поверхности образца; E∞ –напряженность асимптотически однородного поля объектива; Ψ 0 –Ψ для невозмущенного поля; Z 0 – координата поверхности нулевого полного потенциала для невозмущенного поля; t – время.«Картина» поверхности образца появляется в том случае, еслиотклонение Δs отображающих электронов не меньше протяженности области возмущения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
