Лекция 3. Структура растрового электронного микроскопа (РЭМ)
Структура лекции
Основные узлы растрового электронного микроскопа
Электромагнитные пушки
Электромагнитные линзы
Аберрации: хроматические, сферические, астигматизм. Стигматоры
Диафрагмы
Электронный зонд
Вакуумные системы
Камеры образцов. Шлюзование. Столики, подставки и держатели образцов
3.1 ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ РАСТРОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА
Составляющими РЭМ являются электронно-оптическая колонна, вакуумная система и система управления микроскопом (рисунок 28). Электронно-оптическая колонна, находящаяся перед образцом, служит для формирования электронного пучка и управления его параметрами: диаметром, током и расходимостью. Траектории электронов почти параллельны (расходимость 0,5 градуса), они фокусируются в область размером от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Расстояние между оптическими элементами системы строго постоянно. Исключение составляет расстояние от образца до последней линзы, называемое рабочим (WD), его можно изменять.
Электронно-оптическая колонна включает в себя электромагнитную пушку и две или более электромагнитные линзы, которые формируют пучок и определяют путь движения электронов вдоль колонны до образца. Вся колонная находится под высоким вакуумом (от 10-4 Па и выше, в зависимости от конструкции) для предотвращения рассеивания электронов в сформированном пучке. Типичная схема электронно-оптической колонны РЭМ приведена на рисунке 29.
3.2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПУШКИ
Электромагнитная пушка генерирует поток электронов, ускоренных до энергий от 0,1 до 30 кэВ. Диаметр пучка после вольфрамового катода слишком велик для получения изображения с высоким пространственным разрешением, поэтому электромагнитные линзы сжимают и фокусируют пучок в маленькую точку на поверхности образца. Средний размер диаметра пучка (зонда) на поверхности образца зависит от многих факторов (типа электронной пушки, силы и количества электромагнитных линз и т.д.) и составляет величину менее 10 нм. Однако в результате взаимодействия падающих электронов с образцом размер области взаимодействия увеличивается до порядка 1 мкм, в которой и генерируются различные сигналы, формирующие изображение на экране монитора.
Существует ряд параметров, характеризующих электронную пушку: ток эмиссии электронов (общее количество электронов, выходящее из кроссовера), ток пучка (величина тока эмиссии прошедшая через отверстие цилиндр Венельта в оптическую колонну), яркость, время жизни, размер источника электронов, стабильность и др. (рисунок 30)
