Лекция 4. Сканирование образца электронным пучком и формирование изображения
Структура лекции
Сканирование электронным пучком.
Сканирование вдоль линии.
Сканирование по площади.
Увеличение в РЭМ.
Контраст. Механизмы и природа формирования контрастов.
Топографический контраст.
Контраст от атомного номера.
Сканирование электронным пучком.
Пучок электронов пробегает исследуемую область на образце (растр) точка за точкой, линия за линией (рисунок 49). Положение пучка электронов на образце и точки на экране монитора (величины сигнала с соответствующего детектора) синхронизовано, т.е. каждой точке образца соответствует определенная точка на экране монитора.
Сканирование вдоль линии
При сканировании вдоль строки пучок движется вдоль одной из линий на образце. На экране положение по оси Х соответствует расстоянию вдоль определенной линии на образце, а по оси Y - интенсивности сигнала с какого либо детектора (рисунок 50).
Сканирование по площади
При сканировании по площади пучок сканирует образец по двумерному X-Y растру (рисунок 51). Для отображения информации о взаимодействии электронов с объектом используется яркостная модуляция интенсивности сигнала на экране электронного микроскопа (более 16 градаций серого).
Увеличение в РЭМ
Увеличение в РЭМ равно отношению размера изображения на экране к размеру растра на образце в данный момент времени (рисунок 52). Увеличение контролируется сканирующими катушками (scan coils). Когда оператор решает поднять увеличение, он уменьшает силу тока в обмотках сканирующих катушек, электронный пучок при этом пробегает меньшую дистанцию по поверхности образца. Важно, что эта дистанция зависит от рабочего расстояния (WD) – расстояния от объективной линзы до образца. В современных микроскопах этот факт учитывается и компенсируется. Минимальное увеличение определяется рабочим расстоянием объективной линзы – х10. Максимальное – ограничивается разрешающей способностью микроскопа (диаметром пучка электронов и областью взаимодействия пучка с образцом) – до х1 000 000. Увеличение в РЭМ зависит только от тока отклоняющих катушек
Контраст. Механизмы и природа формирования контрастов.
Контраст С=(Sмакс-Sмин)/Sмакс – отношение разности максимальной и минимальной интенсивности к максимальной для любых двух точек растра. Хотя есть много различных определений контраста – суть одна - разница в яркости различных участков изображения.
Контраст несет в себе информацию о сигнале, связанную со свойствами образца, которые мы хотим определить.
Существует 2 основных механизма формирования контраста: контраст, зависящий от атомного номера (или контраст от состава) и топографический контраст.
Топографический контраст
Топографический контраст возникает за счет того, что отражение электронов и вторичная электронная эмиссия зависят от угла падения пучка на локальный участок образца. Угол падения будет меняться из-за неровностей (топографии) образца, приводя к формированию контраста, связанного с физической формой объектов (рисунок 53).
На наклонных поверхностях образуется больше вторичных электронов, чем в плоскостях, перпендикулярных пучку в полную противоположность отраженным электронам, где с увеличением угла наклона поверхности к падающему пучку электронов, количество отраженных электронов, попадающих в полупроводниковый детектор, уменьшается (смотри раздел про отраженные и вторичные электроны выше).
Поэтому наклонные поверхности выглядят во вторичных электронах более яркими по сравнению с плоскими (рисунок 54). Выступающие области (области с положительной кривизной) имеют повышенный выход вторичных электронов, а углубления (области с отрицательной кривизной) – пониженный.
Также надо отметить, что топографический контраст во вторичных электронах – «бестеневой». Вторичные электроны собираются в некоторой мере со всех поверхностей бомбардируемого пучком образца, включая поверхности, наклоненные в сторону от детектора и которые не создавали полезный сигнал в режиме отраженных электронов.
Контраст от атомного номера
Второй тип контраста, наблюдаемый в РЭМ - контраст от атомного номера. Число отраженных электронов растет с увеличением атомного номера элемента. Следовательно, области с высоким атомным номером будет выглядеть яркими по отношению к областям с низким атомным номером. Чем больше разница в атомных номерах, тем выше контраст в отраженных электронах (рисунок 55).
