Электронная микроскопия в исследовании различных этапов получения металлических наноструктур
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ляется получение вакуума и его контроль. Основные процессы в колонне микроскопа -прохождение электронного луча, его взаимодействие с образцом- происходят в вакууме (необходимый вакуум- порядка 10-3 Па). Откачка производится двумя последовательно работающими вакуумными насосами- форвакуумным и масляным, а измерение вакуума проводится датчиками.
Источником электронов является катод (вольфрамовая V-образная проволока, нагретая до 2700 С). При нагреве катода прямым пропусканием тока происходит термоэмиссия электронов. Вылетающие из катода электроны ускоряются напряжением, приложенным между катодом и анодом (Рис. 6). Напряжение это можно менять от 1 до 40 кВ. Между катодом и анодом, имеющим потенциал земли, расположен модулятор (фокусирующий электрод), часто называемый цилиндром Венельта, который имеет высокий отрицательный потенциал и служит для регулировки потока электронов и его фокусировки. Катод, анод и цилиндр Венельта вместе составляют электронную пушку. Задачей электронной пушки является создание интенсивного пучка электронов с малой угловой расходимостью (?0- Рис. 6) и минимальным разбросом по энергиям.
Рис. 6. Схематическое изображение электронной пушки
Рис.7. Схематическое изображение магнитной линзы
Затем полученный электронный пучок фокусируется конденсорными и объективной магнитными линзами (схематичное изображение линзы дано на Рис.7.) Фокусировка потока электронов осуществляется магнитным полем, имеющим осевую симметрию. Оно создается электромагнитной линзой, которая представляет собой соленоид. Магнитное поле возникает при пропускании электрического тока через обмотку соленоида, концентрируется с помощью так называемого полюсного наконечника и воздействует на проходящий через него поток электронов. Фокусное расстояние линзы можно плавно регулировать путем изменения силы тока в обмотке соленоида. В системе имеются диафрагмы ограничивающие расходимость пучка электронов. Одной из задач системы линз является создание узкого пучка электронов. Геометрия линз определяет распределение силовых линий магнитного поля и, соответственно, характер воздействия на электронный пучок. Как и в оптических системах можно говорить о короткофокусных и длиннофокусных линзах.
Несовершенства электронной оптики оказывают влияние на разрешающую способность микроскопа. К несовершенствам оптики относятся хроматическая, сферическая аберрации и астигматизм.
Частичное устранение искажений, даваемых оптической системой происходит в стигматоре. Стигматор расположен в объективной линзе 9. Внутри нее также находятся две пары электромагнитных отклоняющих катушек 7, каждая из которых служит для отклонения зонда соответственно в Х и Y направлениях в плоскости перпендикулярной оси потока электронов. Катушки соединены с генератором 16, обеспечивающим синхронность передвижения электронного зонда по образцу и электронного луча по экрану электронно-лучевой трубки 15.
Еще одна важнейшая задача линз расположенных в нижней части колонны (в конце пробега электронного луча) - произвести его развертку (сканирование)- т.е. пробег луча по заданной траектории (обычно, как и в большинстве ЭЛТ, осуществляется построчное сканирование. На Рис. 5 показаны отклоняющие катушки 7, с помощью которых осуществляется сканирование тонко сфокусированного пучка по поверхности образца.
Далее электронный луч попадает на поверхность образца, размещенный в камере образцов.
В камере образцов 12 находится предметный столик, который обеспечивает перемещение образца в трех взаимноперпендикулярных направлениях, допускает его наклон до 90 по отношению к падающему пучку электронов (электронно-оптической оси) и позволяет вращать образец на 360 вокруг электронно-оптической оси. Задача механической системы в камере образцов- изменять положение и ориентацию образца. Таким образом, и электронный пучек может перемещаться по поверхности образца (сканировать ее), и образец может изменять свою ориентацию в пространстве.
Электронный пучок, сфокусированный на поверхности образца, может вызывать появление отраженных, вторичных и поглощенных электронов и целого ряда других сигналов, которые используются для получения изображения поверхности образца. Эти сигналы улавливаются специальными детекторами. В детекторе поток электронов преобразуется в электрический сигнал (ток), создающий далее изображение объекта.
В качестве детектора вторичных электронов используется детектор Эверхарта-Торнли. Схема детектора представлена на Рис 8. Коллектор 1 (часто называемый цилиндром Фарадея) имеет положительный потенциал, приблизительно +250 В, благодаря чему траектории вторичных электронов искривляются и они попадают в коллектор. На первичные и отраженные электроны, имеющие высокие значения энергии, этот потенциал существенного влияния не оказывает. Внутри коллектора электроны ускоряются. Для этого на сцинтиллятор 3 подается высокое напряжение порядка 12 кВ. Его влияние на электронный зонд экранируется корпусом коллектора. Вследствие ускорения вторичные электроны получают достаточную энергию, чтобы вызвать световое излучение материала сцинтиллятора, которое по световоду 2 попадает на фотоумножитель 4, где преобразуется в электрический сигнал.
Рис.8 Cхема детектора Эвенхарта-Торнли
Для регистрации отраженных электронов могут использоваться различные типы детекторов, в том числе и детект?/p>