ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы процесса формирования изображения в РЭМ из "Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ том 1" Вторичные и/или отлаженные электроны Рис. 4.1. Схема сканирующей системы растрового электронного микроскопа. [c.99] КД — конечная диафрагма ТД — твердотельный детектор электронов Э — Т — детектор Эверхарта — Торили ФЭУ — фотоумножитель С — сцинтиллятор РД — рентгеновские спектрометры (кристалл-днфракционные н/нлн с дисперсией по энергии) ЭЛТ — электронно-лучевые трубки, предназначенные для наблюдения и фотографирования изображения. Цифры 1—9 обозначают последовательные положения пучка при сканировании. [c.99] НО В X- И У-направлениях. Типичная система сканирования с двойным отклонением, как показано на рис. 4.1, имеет две пары отклоняющих катушек, расположенных в полюсном наконечнике конечной (объективной) линзы, которые отклоняют нучок сначала от оси, затем возвращают его на оптическую ось, причем второе пересечение оптической оси происходит в конечной диафрагме. Такая система обладает преимуществом, состоящим в том, что, помещая отклоняющие катушки внутри линзы, мы оставляем незанятым пространство под линзой, и образец можно устанавливать близко к линзе (при уменьшении рабочего расстояния уменьшается коэффициент сферической аберрации). Помещая ограничивающую диафрагму во втором кроссовере, можно получать малые увеличения (большие углы отклонения) без уменьшения поля зрения диафрагмой [68]. Пучок за счет процесса сканирования перемещается во времени через последовательные положения на образце (например 1, 2, 3 на рис. 4.1), зондируя свойства образца в контролируемой последовательности точек. В аналоговой системе сканирования пучок движется непрерывно вдоль линии (развертка по строке), например в Х-направлении. После завершения сканирования вдоль линии положение линии слегка сдвигается в У-направлении (развертка по кадру), и процесс повторяется, образуя на экране растр. В цифровой системе развертки пучок адресуется в определенное место X— У-растра. В этом случае пучок может занимать только определенные дискретные положения по сравнению с непрерывным движением в аналоговой системе однако суммарный эффект остается одним и тем же. Дополнительным преимуществом цифровой системы является то, что цифровой адрес местоположения пучка точно известен и может быть воспроизведен, а следовательно, информация о взаимодействии электронов может быть закодирована по адресному коду по X и У в виде //, представляющей собой интенсивность каждого /-го измеряемого сигнала. [c.100] Информация, выходящая из растрового электронного микроскопа, состоит из положений пучка в координатах X—У и соответствующего набора интенсивностей сигналов от каждого пз используемых детекторов. Эту информацию можно отобразить удобно для визуального наблюдения двояким образом. [c.100] Устанавливается соответствие между набором положений на образце и на ЭЛТ. Увеличение равно ЬЦ. [c.102] Черные квадраты соответствуют низкой интенсивности квадраты с точками — промежуточной интенсивности белые квадраты — большой интенсивности. [c.102] При идеальной системе развертки формы фигур переносятся без искажения. [c.103] Изображение повторяет точную форму объекта, так как синхронные развертки на образце и экране ЭЛТ устанавливают геометрическую связь между любым произвольно выбранным набором точек на образце и на экране ЭЛТ. Причина изменения интенсивности на изображении, приводящая к появлению градаций яркости, будет обсуждаться позднее., На рис. 4.5 показано, что треугольник на образце остается треугольником той же формы на экране ЭЛТ. (Отметим, что погрешности в развертках могут вызвать искажение изображения.) Относительный размер объектов различается за счет увеличения. [c.103] Отметим несколько важных моментов, связанных с увеличением в РЭМ. [c.104] Демонстрируется возможность быстрого обзора образца в РЭМ и отсутствие поворота изображения. Энергия пучка 20 кэВ. [c.105] В приведенных выше рассуждениях не учитывается то, что мы всегда хотим работать с пучком возможно меньшего размера. Ток пучка уменьшается примерно как квадрат размера пучка. Как будет показано ниже в данной главе, качество изображения и содержание информации связаны с полным сигналом, который. можно зарегистрировать. Для получения оптимального качества изображения нам хочется иметь ток зонда максимальным в сочетании с требованием того, что диаметр пучка или область зондирования на образце для адекватной фокусировки были бы достаточно малыми по сравнению с элементом изображения. При низком увеличении, когда элемент изображения большой, например 1 мкм в диаметре при увеличении ЮОХ. Для увеличения полного сигнала можно существенно увеличить размер пучка без значительного ухудшения фокусировки. [c.108] Типичные размеры используемых в РЭМ конечных диафрагм — это 100, 200 и 600 мкм в диаметре. Обычно рабочее расстояние составляет 10 мм, но в некоторых приборах оно может возрасти до 50 мм. Глубина фокуса, рассчитанная по формуле (4.4) для некоторых комбинаций возможных рабочих параметров, приведена в табл. 4.3. Примеры того, как выглядит при различных значениях глубины фокуса изображение шероховатого объекта, которым является поверхность излома, даны на рис. 4.10. Как рабочее расстояние, так и размер диафрагмы на рис. 4.10 изменялись независимо. [c.110] Из приведенных выше рассуждений мы можем выделить два совершенно различных основных режима работы для РЭМ 1) режим большой глубины фокуса. Если мы хотим изучать шероховатые объекты, образцы с ярко выраженной топографией. [c.110] МОЙ области, информация из трехмерного пространства эффективно проектируется на двумерную плоскость. В обычной сканирующей системе, показанной на рис. 4.1, плоскость, в которой происходит сканирование, расположена под прямым углом к оптической оси прибора. Так как сканирующие пучки расходятся от точки, расположенной в конечной диафрагме, то построение изображения представляет собой гномоническую проекцию. Гно-монической проекции присущи искажения в плоскости, расположенной перпендикулярно оптической оси. Так как расстояние связано с тангенсом угла отклонения при сканировании ф, то угловое движение пучка в растре создает меньшее изменение расстояния вблизи центра поля зрения, чем на краях. Следовательно, увеличение меняется поперек поля зрения. При номинальном увеличении 10Х и рабочем расстоянии 10 мм это приводит к 20%-ной дисторсии вблизи края поля зрения относительно центра. При высоком увеличении (более ЮОХ) проекционные искажения становятся несущественными, так как угол отклонения при сканировании мал и tg(p 9. [c.112] Лишь те объекты, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных оптической оси, будут восстановлены с минимальными искажениями. Плоскости, наклонные относительно плоскости нормального сканирования, будут иметь сжатый масштаб при реконструкции, как показано на рис. 4.11, а. Эффективное увеличение изменяется в зависимости от угла расположения детали по отношению к плоскости нормального сканирования. Лишь плоскости нормального сканирования соответствует номинальное устанавливаемое на приборе увеличение, равное действительному увеличению. Так на изображении объекта с грубыми фасетками, такого, как поверхность излома, показанная на рис. 4.6, эффективное увеличение меняется от места к месту на изображении. Для сильно наклоненной поверхности увеличение в направлении, перпендикулярном оси наклона, меньше, чем увеличение в направлении, параллельном оси наклона (фактор os 0, где 0 — угол наклона). Поэтому измерение расстояния на таком изображении может иметь смысл лишь в том случае, если известен локальный угол наклона поверхности. [c.112] Дополнительным устройством, которое имеется в некоторых РЭМ, является приставка для динамической фокусировки , которую не следует путать с коррекцией наклона . Прн динамической фокусировке (рис. 4.12) изменяется оптическая сила линзы в зависимости от положения пучка при сканировании для того, чтобы скомпенсировать изменение его размера из-за изменения рабочего расстояния. При наблюдении сильно наклоненного плоского образца оптическая сила линзы увеличивается при сканировании верхней части поля зрения и ослабляется по мере прохождения растра вниз по объекту, сохраняя, таким образом, все время пучок в положении оптимальной фокусировки. Сильно наклоненный объект останется в фокусе, даже если его вертикальное смещение превышает глубину поля зрения, как показано на рис. 4.13. Отметим, однако, что динамическая фокусировка зависит от выполнения простого и известного соотношения между положением пучка и рабочим расстоянием. Динамическая фокусировка не может применяться к шероховатым, нерегулярным объектам, ее можно использовать лишь для гладких, плоскпх объектов. [c.116] приводящая к различному увеличению вдоль них. Более сложные искажения возникают из принципа проекции и дефектов в системе сканирования (бочкообразная и подушкообразная дисторсия). [c.118] Вернуться к основной статье