Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4. ОТРИМАННЯ ЗОБРАЖЕННЯ ПОВЕРХНІ ЗРАЗКА У РЕЖИМІ ВІДБИТИХ ЕЛЕКТРОНІВ.
Мета роботи: Отримати топологічні зображення зразка в режимі відбитих електронів, провести аналіз отриманих зображень.
Якщо в якості чутливого елемента вибрати детектор Еверхарта-Торілі, і подати на циліндр Фарадея від’ємний потенціал, то низькоенергетичні вторинні електрони будуть виключені з процесу формування зображення (рис.1). При цьому на контраст вихідного зображення будуть мати вплив:
Рис. 1. Реєстрація зображення у відбитих електронах з допомогою детектора Еверхарта-Торілі при подачі від’ємного потенціалу –50 В. а,б,в,г – різнонахилені площини на досліджуваному зразку. Суцільні прямі лінії показують траєкторії руху відбитих електронів, пунктирні лінії – траєкторії руху вторинних електронів.
Зображення, отримане в таких умовах буде мати як області, де спостерігається дуже сильний сигнал, так і області, де сигнал буде відсутній. В результаті контраст отриманого зображення буде дуже сильний. Зображення буде складатися з відносно світлих і темних ділянок, при цьому широкий діапазон градацій сірого кольору буде практично відсутній. Хоча електрони будуть відбиватися зі всіх поверхонь зразка, отримане зображення виникне в результаті детекції тих електронів, що відбилися з поверхонь, напрямлених безпосередньо до детектора.
При виборі в якості приймача відбитих електронів твердотільного детектора отримане зображення буде мати суттєво інший вигляд. Такі детектори, як правило, характеризуються великим тілесним кутом збору електронів, внаслідок чого участь у формуванні зображення будуть брати електрони відбиті зі всіх поверхонь. Контраст буде виникати за рахунок зменшення інтенсивності сигналу при збільшенні кута нахилу поверхні (рис.2).
Рис.2. Детекція відбитих електронів з допомогою великого твердотільного детектора або парного твердотільного детектора.
Крім цього, парний твердотільний детектор може працювати в режимах сумування або віднімання сигналів, що збільшує інформативності отриманого зображення.
При дослідженні топології зразка велике практичне значення має поняття глибини фокусу. Як відомо, електронний пучок, проходячи кілька етапів фокусування, при падінні на об’єкт має скінчений кут розходження. Наявність кутового розходження променя призводить до розширення пучка вище і нижче площини оптимального фокусування. Якщо ми розглядаємо зразок з нерівномірною, шорсткою поверхнею, то діаметр пучка, що бомбардує ці ділянки буде змінюватися в залежності від робочої відстані (рис. 3).
Для того, щоб розрахувати глибину фокусу, необхідно знати на якій мінімальній відстані над і під площиною фокусування відбувається таке збільшення діаметру пучка, внаслідок якого спостерігається перекривання великої кількості елементів зображення з утворенням помітного дефокусування. В першому наближенні для збільшення мінімального радіуса пучка r 0 до радіуса розміру r відстань по вертикалі D/2 буде рівна
D/2 r/ (1)
де - розходження пучка (визначається як половина кута розходження конусу).
Рис.3. Схематична інтерпретація глибини фокусу зображення в скануючому електронному мікроскопі.
Якщо взяти до уваги, що дефокусування стає помітним, коли пучок перекриває два елементи зображення розміром, наприклад, 0,1 мм на моніторі, то r визначається формулою
r = 0,1 мм / М, (2)
де М-збільшення мікроскопа. Глибина фокусу визначається як відстань у вертикальному напрямі від -D/2 до +D/2 (рис.3). Таким чином
D = 2r / = 0,2 мм /М (3)
Змінюючи радіус R кінцевої діафрагми і величину робочої віддалі V можна змінити кут розходження, що визначається співвідношенням:
= R / V. (4)
Глибина фокусу при типових розмірах діафрагм (100, 200, 600 мкм) в скануючому мікроскопі для робочої віддалі 10 мм показані в таблиці 1:
Таблиця 1. Глибина фокусу (мкм) при робочій віддалі 10 мм.
|
Збільшення |
100-мкм діафрагма = 5*10-3рад |
200-мкм діафрагма = 10-2рад |
600-мкм діафрагма = 3*10-2рад |
|
10х |
4000 |
2000 |
670 |
|
50х |
800 |
400 |
133 |
|
100х |
400 |
200 |
67 |
|
500х |
80 |
40 |
13 |
Контрольні запитання.