Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа. Растровый электронный микроскоп. Принцип работы растрового электронного микроскопа. Общее описание растрового электронного микроскопа, страница 11

Изображение объекта в РЭМ возникает на экранах двух электронно-лучевых трубок, одна из которых предназначена для визуального наблюдения, а вторая, имеющая иные характеристики и работающая в других режимах сканирования, — для фотографического воспроизведения. Блок визуального наблюдения используется в тех случаях, когда нужно быстро выбрать нужную область поверхности и определить увеличение, информатив­ную емкость и качество изображения данного образца. При этом нет нужды в большом числе строк в кадре и в строгом соблю­дении соотношения между шириной строк и диаметром зонда. Кроме того, нет нужды в том, чтобы при используемых диаметре электронного зонда и увеличении при наблюдении разрешались самые тонкие локальные неоднородности поверхности. Чтобы изображение на экране электронно-лучевой трубки не успевало гаснуть за время кадра, необходимо выбирать время сканиро­вания в направлении оси у достаточно малым. В соответствии с этим экраны трубок, используемых для наблюдения, покрыты люминофором с большим временем послесвечения, а время кадра составляет 1 с. Времена разверток по осям х и у можно плавно менять в пределах 0,1—10 с для первой развертки и 0,001—0,1 с для второй. Такие скорости сканирования обеспечивают нормаль­ное для наблюдения значение N, равное 100, которое, если тре­буется, можно увеличить до 10000.

Экран трубки, предназначенной для фотографирования, по­крыт люминофором, дающим голубой свет и имеющим малую длительность послесвечения. Короткое время высвечивания ис­пользуется для того, чтобы избежать размытия изображения при фотографировании в результате механической и электрической нестабильностей, а сравнительно большое время кадра при экспо­нировании исключает необходимость повторного сканирования. Поскольку при записи изображения требуется большое значение N (число линий в кадре), экран такой трубки должен обеспечи­вать высокое разрешение (от 800 до 1000 линий), в то время как на экране трубки наблюдения достаточно 500 линий. Оптималь­ное расстояние между линиями и размер электронного луча в трубке записи изображения определяются наименьшим расстоя­нием, какое человеческий глаз способен разрешить (это расстоя­ние приблизительно равно 0,2 мм).

Если сфотографированное изображение впоследствии должно быть оптически увеличено в 2 раза, то расстояние между строка­ми на экране трубки записи и эффективный диаметр ее луча дол­жны быть около 0,1 мм. Для обычной полезной площади экра­на 100 х 100 мм это означает 1000 строк в кадре и время кадра (движение по у) в 1000 раз большее, чем время строки (движение по х). Времена фотографирования в обычном растровом электрон­ном микроскопе составляют 100—200 с, что означает время дви­жения луча в у-направлении 100—200 с и в х-направлении 0,1— О 2 с. То и другое значения времени сканирования находятся в диапазоне работы генераторов сканирования (2—1000 с для кад­ровой развертки и 0,004 -0,4 с — для строчной).

Токи, используемые для развертки в растр электронного луча в обеих трубках, поступают от генератора сканирования в виде пилообразного напряжения с амплитудой ± 10 В через усилитель с выходным током +100 мА. В обеих трубках луч по экрану развертывается в квадратный растр с помощью электро­магнитных фокусирующей и отклоняющей систем. Как упомина­лось ранее, в растровом электронном микроскопе увеличение получается за счет изменения величины тока, поступающего в от­клоняющие катушки электронно-оптической колонны, и опреде­ляется отношением длин линий сканирования по экрану электрон­но-лучевой трубки и по поверхности образца. Изменение тока кон­тролируется устройством, предназначенным для изменения увели­чения; с помощью этого устройства величина пилообраз­ного тока, поступающего в отклоняющие катушки трубок наблю­дения и записи, устанавливается до того, как попадает в откло­няющую систему в колонне.

Десятипозиционный вращающийся переключатель обеспечи­вает выбор увеличений. Увеличения, большие, чем мак­симально полезное увеличение микроскопа обыч­но используются только для фокусирования и устранения астиг­матизма.

Увеличение также зависит от ускоряющего напряжения элек­тронного зонда, ускоряющих напряжений в электронно-лучевых трубках и тока возбуждения в объективной линзе. Изменение уве­личения за счет ускоряющего напряжения автоматически учи­тывается калибрующим устройством микроскопа. Изменение рас­стояния между нижним электродом объективной линзы и поверх­ностью образца вызовет изменение тока возбуждения этой линзы. Это в свою очередь приведет к тому, что нужно будет учесть мно­житель увеличения, который указывается на шкале специального измерителя, связанного с объективной линзой. Таким образом, реальное увеличение является произведением указанного увели­чения на этот множитель.