Часть 5 (1125043), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Число шагов в расчете оказывается достаточно большим,порядка 1000.Для получения хорошей статистики приходится рассчитывать порядканескольких тысяч траекторий. Если теперь нанести все полученные такимобразом траектории на диаграмму (см. рис.5.10), получится расчетноеизображение области взаимодействия.Часто на практике для грубых оценок области взаимодействия поформуле Канайе-Окаяме определяют полную длину пробега электронов длязаданного значения энергии зонда, и из точки на поверхности мишени строятполусферу этого радиуса, выделенная полусфера и принимается для простотыза область взаимодействия электронов зонда с мишенью.1625.4.
ФОРМИРОВАНИЕ КОНТРАСТА В РЭМ5.4.1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯЯИЗОБРАЖЕНИЯЯЯ В РЭММеханизмы формирования изображения в РЭМ отличаются отформирования изображения в оптическом или просвечивающем электронныхмикроскопах. В оптическом и просвечивающем ЭМ изображение формируетсяпри помощи линз и носит, таким образом, дифракционный характер.Изображение в РЭМ - это результат отображения изменений от точки к точке вхарактере взаимодействия электронов зонда с поверхностью мишени[511,14,15,22]. Если в точке А1 вторичный сигнал имеет величину S1, а в соседнейточке А2 - соответственно S2, то говорят, что существует контрастность междуэтимиточками,характеризуемаякоэффициентомконтрастаS − S2 Δ SC =2⋅ 1.
Контраст между двумя точками на изображении может=S1 + S2Sразличаться вследствие различия во взаимодействии электронов зонда сматериалом мишени.Контраст, определяемый атомным составом мишени. Рассмотрим,например, формирование контраста на образце, имеющем области,различающиеся по атомному составу. Ранее отмечалось, что коэффициентотражения электронов η зависит от атомного номера и растет с ростомпоследнего. Поэтому на экране монитора РЭМ области, содержащие элементы свысоким атомным номером, будут иметь более светлый контраст по сравнениюс более легкими элементами. Таким образом можно проводить качественныйанализ атомного состава поверхности, используя полированные и даже нетравленные образцы. Следует подчеркнуть, что коэффициент истинновторичной эмиссии слабо зависит от атомного номера и, следовательно, вовторичных электронах такой контраст наблюдаться не будет.Топографический контраст. Наибольшее применение методы РЭМполучили для изучения топографии поверхности.
Этот тип контраста возникаетза счёт влияния рельефа поверхности на отраженные, и вторичные электроны иимеет большое сходство с изображением, формируемым в световоммикроскопе, и поэтому интерпретация его во многом аналогична описаниюконтраста в оптическом микроскопе. Выше отмечалось, что коэффициентвторичной эмиссии существенно зависит от ориентации образца по отношениюк падающему пучку, причем с ростом угла падения растет и коэффициентвторичной эмиссии. С другой стороны, в рассеянии электронов присутствуеториентационный эффект - наибольшее число отраженных электронов лежит вплоскости падения и направлено в сторону движения первичных электронов(угол падения приблизительно равен углу отражения).
Следует подчеркнуть,что при формировании топографического контраста в отраженных электронахпреимущественную роль играет ориентационный эффект, в то время какконтраст во вторичных электронах обусловлен в основном зависимостью η(θ).Интерпретация изображений рельефа поверхности, получаемых с помощьюРЭМ, относительно проста и может быть основана на обычных приемах,используемых при анализе оптических микрофотографий.
Однако качествоизображений, получаемых с помощью РЭМ, всегда выше, чем на оптических163фотографиях, так как в РЭМ значительно выше глубина резкости. Так приувеличении ×500 глубина фокуса может достигать ∼ 0 . 5 мм, что в тысячи разбольше, чем в оптическом микроскопе. Этот факт является очень важнойотличительной особенностью растрового микроскопа.Контраст каналирования электронов. Как уже отмечалось вышеколичество покинувших мишень электронов (отраженных и вторичных) быстроуменьшается с увеличением глубины на которой произошел последний передвыходом электрона акт взаимодействия. С другой стороны известно, чтоэлектроны при определенных углах падения могут захватываться каналами,которые образуются системами кристаллографических плоскостей. Дляпростотырассужденийбудемрассматриватьтолькосистемыкристаллографических плоскостей перпендикулярные поверхности кристалла.Понятно, что угол входа электронов определяется отклонением пучка от осиприбора и в процессе сканирования изменяется.
Из теории дифракции известно,что для электронов падающих на кристалл под точным Брегговским углом дляданной системы плоскостей происходит резкое увеличение глубиныпроникновения электронов в материал мишени (эффект Бормана). Поэтому вэтой точке поверхности кристалла происходит резкое уменьшение выходаэлектронов, что соответствует уменьшению её контраста на изображении.Следовательно, если электронный зонд в процессе сканирования проходитугловой интервал от θ<θB через θ=θB до θ>θB, на экране монитора в местесоответствующем условию θ=θB возникнет узкая темная полоса параллельнаяданной системе кристаллографических плоскостей.
При малых увеличенияхприбора (10÷20×) максимальный угол отклонения пучка от оптической оси присканировании составляет приблизительно ±10°. Если величина брегговскогоугла для какого-то семейства плоскостей лежит в этом интервале углов,возникнет контраст каналирования в виде полосы отображающей это семействоплоскостей.
В случае когда это условие удовлетворяется для несколькихсемейств плоскостей, на экране монитора формируется изображениепересекающихся полос, каждая из которых связана со своим определеннымсемейством кристаллографических плоскостей. Этот контраст получил названиеконтраста каналирования [5-11,21].
Обычно он используется для определенияпространственной ориентировки кристалла или отдельных его участков.Магнитный контраст. Так как на траектории движения электроноввлияют магнитные поля, имеющиеся в образце или вблизи его поверхности,растровая микроскопия позволяет исследовать распределение магнитных полейна поверхности магнитных материалов. Все магнитные материалы можноусловно разделить на две группы: одноосные кристаллы, у которых магнитныеполя доменов замыкаются внешними полями вблизи образца; и кристаллы болеевысокой магнитной симметрии с очень малыми внешними полями благодаряприсутствию в приповерхностном слое специальных замыкающих доменов.
Изэлектродинамики хорошо известно, что на электрон, движущийся в магнитномполе, действует сила ЛоренцаF = −e ⋅ v × B ,(5.25)где B - магнитная индукция; v - скорость электрона; e - заряд электрона.Различают магнитный контраст 1-ого и 2-ого рода. Контраст, возникающий изза перераспределения вторичных низкоэнергетических электронов во внешнеммагнитном поле над поверхностью образца, получил в литературе название164магнитного кантраста первого рода. Магнитный контраст второго родаобразуется в результате взаимодействия первичных электронов с магнитнымполем внутри образца, когда под действием силы Лоренца происходитотклонение электронов, причем в соседних 180-градусных доменах - впротивоположную сторону.
Соответствующим наклоном образца можно такизменить путь электронов, что возникнет асимметрия контраста в соседнихдоменах.Потенциальный (вольтовый) контраст. Совершенно очевидно, чтоаналогичные эффекты должны возникать и под действием неоднородностейэлектростатических полей на поверхности образца. Следует однако отметить,что заметный эффект возможен только для низкоэнергетических электронов сэнергией порядка нескольких десятков эв. Механизм такого контраста связан сизменением числа вторичных электронов, попадающих в детектор из различныхточек образца за счет изменения их траекторий под действием распределенногопотенциала на поверхности. Этот тип контраста особенно эффективноиспользуется для наблюдения интегральных схем разной степени сложности впроцессе их работы, и позволяет наблюдать за изменениями потенциальногорельефа, происходящими при разнообразных переключениях в схеме.5.4.2.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ВИДЕОСИГНАЛА В РЭМКак показывают специальные исследования, человеческий глаз можетвоспринимать примерно 12 градаций яркости (уровней серого) в шкалепочернений (0÷1) от абсолютно белого до абсолютно черного. Это составляетпримерно 5% всей динамической широты фотоматериала. В то же время, какуже отмечалось ранее, величина тока вторичной эмиссии мала и для управленияяркостью монитора требуется значительное усиление видеосигнала. Причёмдаже после необходимого усиления полезная информация (переменнаясоставляющая сигнала) может быть не видна на экране, так как она можетсодержаться в интервале изменений, значительно меньшем 5% от полногодиапазона сигнала.
В этих случаях возникает необходимость такогопреобразования видеосигнала, при котором полезная информация будет виднана экране монитора. Так как в РЭМ сигналы, идущие от каждой точки объектаразделены во времени, эта задача может быть легко решена радиотехническимисредствами. По существу задача сводится к преобразованию функцииизображения f(x,y) (картинки) при помощи некоторого оператора G такимобразом, чтобы переменная, составляющая сигнала, стала доступнанаблюдению. Для этой цели разработано несколько приемов [5-11,22].Обращение контраста. Иногда при анализе сложных изображенийбывает удобно изменить знак контраста на обратный.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
