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

236 Глава 4

налом, подаваемым на микросхему, и прерываемым пер­ вичным электронным лучом. При этом успешно исполь­ зуются частоты до нескольких мегагерц, причем уже пред­ принимаются попытки применять и более высокие часто­ ты. Поскольку вторичные и обратно рассеянные электроны обладают сравнительно малыми скоростями, в растровом электронном микроскопе удается наблюдать очень неболь­ шие изменения потенциала (0,5 В).

Кристаллографические эффекты на массивных объектах в растровом электронном микроскопе были получены только в 1967 г. В гл. 3 бФло показано, что когда на тон­ кий объект, обладающий периодической кристаллической структурой, падает параллельный электронный пучок, то на выходе из объекта он расщепляется на ряд отдель­ ных лучей, распространяющихся в разных направлениях. Общее количество электронов в каждом из этих лучей и их направление определяются геометрией и размерами кристаллической решетки. В случае толстых объектов, как мы уже видели, будут происходить вторично-электрон­ ная эмиссия и обратное рассеяние первичных электронов, но на распределение будет оказывать характерное влия­ ние периодическая структура объекта. Это объясняется тем, что при не слишком больших увеличениях угол паде­

больше углов между падающим лучом и первыми немно­ гими преимущественными направлениями (соответствую­ щими описанным выше условиям прохождения электрон­ ного луча через тонкий объект), проникновение электрон­ ного зонда в решетку в одних местах будет облегчено, а в других затруднено. Там, где электроны проникают глубже, обратно вышедших электронов будет мало. В тех же местах, где на пути электронного зонда окажутся препятствия, обратно вышедших электронов будет боль­ ше. Таким образом, общая картина, отражающая степень легкости «каналирования» электронов через решетку, оказывается характерной для кристаллической струк­ туры объекта. Это так называемая картина электронного каналирования (сокращенное название КЭК).

Разумеется, маловероятно, что картина каналирования будет видна в чистом виде без каких-либо контрастных

явлений, обусловленных другими причинами, с кото­ рыми мы уже встречались. Каким образом ее можно все-таки обнаружить? К счастью, она отличается рядом характерных особенностей: если объект перемещается в горизонтальном направлении, то контраст, соответствую­ щий неоднородностям поверхности, также будет переме­ щаться, но картина каналирования останется неподвиж­ ной; если же объект наклоняется или поворачивается, то картина каналирования будет перемещаться в соот­ ветствии с перемещениями объекта. Кроме того, полосы, из которых обычно состоит картина каналирования, имеют характеристическую угловую ширину, уменьшаю­ щуюся при повышении ускоряющего напряжения пучка первичных электронов, и наоборот. Детали картины опре­ деляются структурой кристаллической решетки и ее ориентацией относительно оси микроскопа.

Картины каналирования можно наблюдать в тех слу­ чаях, когда увеличение достаточно мало для того, чтобы угол падения зонда заметно менялся при сканировании всей поверхности объекта. Это значит, что объект должен

либо дефектов, по крайней мере вблизи сканируемой поверхности. Однако с экспериментальной точки зрения гораздо важнее и целесообразнее было бы иметь возмож­ ность получать картину каналирования с малого участка объекта (аналогично тому, как это достигается в электроиографических исследованиях, проводимых в просвечи­ вающем электронном микроскопе методом микродифрак­ ции). Это можно обеспечить путем уменьшения тока в ниж­ ней системе сканирующих катушек таким образом, чтобы электронный зонд отклонялся относительно точки объекта аналогично стрелке метронома. Общая картина в данном случае уже не будет представлять собой изображение поверхности объекта, так как здесь луч не сканируется вдоль линии, а колеблется в определенных угловых пределах относительно какой-либо точки объекта. Однако получаемая при этом картина будет содержать весьма ценную информацию о кристаллической структуре объекта в непосредственной близости к точке, около которой колеблется зонд.

Если бы пушка обеспечивала достижение большей плот­ ности тока в электронном зонде, то это позволило бы либо сформировать изображение за более короткое время, либо получить за обычный период времени картину с гораздо большим разрешением. Таким образом, до тех пор пока применялась обычная электронная пушка с накаливаемым вольфрамовым катодом, не удавалось реализовать растровый микроскоп, который с точки зре­ ния разрешающей способности мог бы успешно конкури­ ровать с просвечивающим электронным микроскопом. Следовательно, обычный растровый прибор может обеспе­ чить пока только получение ценной дополнительной инфор­ мации о некоторых типах объектов (например, массивных образцах с большими выступами или углублениями на поверхности), которые нельзя исследовать с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

Только после создания электронной пушки нового типа оказалась возможной реализация просвечивающего растрового электронного микроскопа. Уже на протяже­ нии многих лет известно, что в принципе электронная эмиссия металлов может быть вызвана не только путем нагревания (термоэмиссия), но и другими способами. Наиболее подходящий способ, обеспечивающий очень высокую электронную яркость, необходимую для достиже­ ния разрешающей способности растрового электронного микроскопа, сопоставимой с разрешающей способностью обычного просвечивающего микроскопа, состоит в приме­ нении в электронной пушке автоэмиссионного источника электронов. В таком источнике у металлического острия создается сильное электрическое поле, способствующее преодолению свободными электронами потенциального барьера и сообщающее им после выхода из металла соот­