Файл: Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия.pdf

сувеличением угла раствора электронного зонда 0 .

Электронные линзы формируют уменьшенное изобра­

жение кроссовера электронной пушки, размеры которого

вопределенной степени возрастают вследствие дифракции,

атакже сферической и хроматической аберрации. Если учитывать среднеквадратичную величину общего воздейст­ вия всех указанных факторов, то диаметр электронного зонда d будет определяться следующим соотношением:

d“- - —i—с?с —1— а , (4.10)

где ds — CSQ312 (в плоскости, несколько смещенной отно­

сительно точного положения плоскости изображения); do = Сс0ДФ/Ф; dd = 1,22А,/0.

Обозначив количество строк на изображении через N, уравнение (4.7) можно решить относительно р. Для этого

заменим в нем множитель 25 множителем 100 и исполь­ зуем выражение (4.8); в результате получаем уравнение

<«■«>

Подставив минимальное значение р в уравнение (4.10),

где а описывает эффекты, обусловленные дифракцией и шу­ мом; р — хроматическую аберрацию и у — сферическую аберрацию. Размер зонда d будет проходить через мини­

мум в том случае, когда производная функции, исполь­ зуемой для его определения, по 0 будет равна нулю. Это будет иметь место при условии, что

Если это значение 0 установлено, то соответствующее ему значение диаметра зондового пятна будет равно размеру наименьшей детали объекта, которая может быть разреше­ на с помощью растрового электронного микроскопа. На фиг. 4.5 приведены типичные значения различных пара­ метров, соответствующих следующим условиям работы прибора: Т = 2800 К, / 0 = 2-104 А/м2, АФ = 15, Ф =

Кривые фиг. 4.5 показывают, что при соответствующем практически приемлемом времени сканирования можно ожидать достижения разрешаемого расстояния пример­

но 1 0 нм.

Выше были рассмотрены основные оптические части растрового электронного микроскопа. Так же, как и про­ свечивающий микроскоп, кроме этих частей растровый

Время, с

Ф и г. 4.5. Дшшотр зонда d , ток пучка и угол 0 как функции вре­

мени сканирования для электростатической и магнитной линз для различных значений числа строк развертки N [711.

микроскоп должен иметь дополнительные устройства, например для создания вакуума внутри прибора и предот­ вращения механической вибрации. На фиг. 4.6 представле­ на конструкция растрового электронного микроскопа высокого класса, обеспечивающего возможность формиро­ вания электронного зонда диаметром 5—10 нм. На фиг. 4.7 показаны фотография и схематический чертеж промыш­ ленного образца растрового электронного микроскопа.

связи между яркостью изображения и наклоном поверхно­ сти объекта позволил обнаружить наиболее интересный результат, заключающийся в том, что при определенных условиях на конечном изображении можно наблюдать трехмерный эффект. При этом картина оказывается точно такой же, как и картина, которую мог бы увидеть вообра­ жаемый наблюдатель, смотрящий из электронной пушки на поверхность исследуемого объекта, освещаемую источ­ ником света, помещенным на детекторе.

Как уже упоминалось, часть первичных электронов (т. е. электронов, излучаемых пушкой и падающих на объект) будет отражаться поверхностью объекта, и они также могут быть использованы для формирования изо­ бражения. Этот способ формирования изображения особен­ но целесообразно применять при исследованиях, прово­ димых с целью выявления изменений атомных номеров

(Z) химических элементов, входящих в состав исследуе­ мого объекта. Правда, в этом случае, количество вторич­ ных электронов также в определенной мере зависит от Z.

Однако преимущество способа формирования изображения

от атомного номера. Часть отраженных первичных элек­ тронов определяется так называемым коэффициентом обратного рассеяния. Зависимость этого коэффициента от атомного номера Z для ускоряющего напряжения, рав­ ного 30 кВ, представлена на фиг. 4.8, а. Как видно из

фиг. 4.8, б, коэффициент обратного рассеяния слабо зависит от величины ускоряющего напряжения первич­ ного пучка электронов.

Имеется целый ряд различных типов веществ, обладаю­ щих тем иптереспьш свойством, что вблизи их поверхности существует электрическое или магнитное поле. Эти поля могут быть либо естественными (как в случае ферромаг­ нитных материалов или сегнетоэлектриков), либо искус­ ственно созданными (например, в случае таких полупро­ водниковых устройств, как транзисторы). Распределение напряженности или потенциала указанных полей можно наблюдать непосредственно на изображении, которое фор­ мируется в растровом электронном микроскопе посред­ ством вторичных электронов, так как эти электроны будут

на поверхности. Например, ферромагнитные материалы состоят из мозаики магнитных доменов, отделенных друг от друга доменными перегородками, и изменения магнит­ ного поля от одного домена к другому можно наблюдать непосредственно. Аналогия между ферромагнитными веществами и сегнетоэлектриками состоит в том, что последние обладают постоянным электростатическим моментом или поляризацией (аналогично постоянным магнитам, обладающим магнитным моментом или намаг­ ниченностью). Однако источники указанных свойств весьма различны. При температурах ниже определенной температуры перехода некоторые атомы смещаются отно­ сительно их прежних положений в решетке, что вызывает нарушение локальной (но, разумеется, не общей) элек­ трической нейтральности. Положительно или отрицатель­ но заряженные ионы образуют диполи, благодаря чему возникает электрическое поле, картину которого можно непосредственно наблюдать на вторично-электронном изо­ бражении. Типичными и наиболее хорошо изученными

структуру перовскита. Сегнетоэлектрическими свойства­ ми обладают также соль Рошеля и целый ряд фосфатов и арсенидов (KH2P 0 4, RbH2P 0 4, KH 2A s04, CsH2A s04).

Поверхностное электрическое поле может возникать в тех случаях, когда различные участки объекта находятся под разными потенциалами. При этом имеется возмож­ ность непосредственного наблюдения отдельных областей транзистора. Особенно остроумная методика была раз­ работана для изучения характера изменения распределе­ ния потенциала в микросхеме, на которую подается пере­ менный сигнал. Если объект облучается электронным зондом не непрерывно, а отдельными импульсами, и если частота этих импульсов равна частоте подаваемого на микросхему переменного напряжения, то при этом будет достигнут стробоскопический эффект; в каждый данный момент времени на изображении будет видно распределе­ ние напряжения по поверхности объекта. Распределение последовательных точек цикла переменного тока можно наблюдать благодаря изменению разности фаз между сиг­