Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа. Растровый электронный микроскоп. Принцип работы растрового электронного микроскопа. Общее описание растрового электронного микроскопа, страница 7

Прежде всего, потоки электронов можно отклонять элек­трическими или магнитными полями. В принципе в рас­тровом   микроскопе могут использоваться обе системы, но предпочтительнее применять одну и ту же систему, как для электронного зонда микроскопа, так и для пучков электронно-лучевых трубок, предназначенных для наблюдения и фотографирова­ния изображения. В современной практике приборостроения предпочтение отдают электромагнитным отклоняющим системам, потому что электромагнитные катушки можно установить вне вакуумной колонны. Для отклонения электронного потока элек­трическим полем отклоняющие пластины необходимо устанавли­вать внутри колонны, ибо их загрязнение может привести к иска­жению изображения. Кроме того, большинство выпускаемых про­мышленностью электронно-лучевых трубок высокой разрешаю­щей способности используемых для наблюдения и записи изоб­ражения, снабжено магнитными отклоняющими катушками.

Второе требование заключается в возможности уменьшения диаметра пучка до требуемого размера на поверхности образца. В этом смысле электроны — весьма удобный вид излучения, по­скольку электронные потоки можно фокусировать с помощью электростатических или электромагнитных линз. Кроссовер элек­тронной пушки в грубом приближении представляет собой изоб­ражение источника, которое должно быть уменьшено (обычно размер кроссовера составляет 0,1 мм). Если иметь в виду, что размер локальной неоднородности на поверхности образца состав­ляет около 150-200 А и эту неоднородность требуется без искажений передать в электронно-оптическом изображении, то диа­метр электронного зонда должен быть около 50 А или (с учетом некоторой свободы) даже меньше. Поэтому общее требуемое  уменьшение составляет по крайней мере 20 000. Получить такое уменьшение кроссовера с помощью двухлинзовой системы очень трудно, так как понадобятся сверхдлинные конденсорные линзы. В результате любой растровый электронный микроскоп высокого разрешения имеет три линзы  для «сжимания» электронного пучка. Как правило, эти линзы электромагнитные, поскольку они имеют определенные преимущества перед электростатическими. При прочих равных условиях в электромагнитных линзах коэф­фициент аберрации меньше, чем в электростатических; их срав­нительно компактная конструкция облегчает чистку; меньше требуется вакуумных высоковольтных вводов и т. д. Как было обнаружено, электростатические линзы трудно чистить.

На практике угол между поверхностью образца и осью электронного зонда более или менее отличается от прямого. Это обстоятельство делает электростатические линзы предпочтительнее, так как с их помощью легче компенси­ровать расфокусировку на верхем и нижнем краях сканируемого участка наклонного образца.

Для оценки эффективного диаметра зонда следует учитывать, что явления сферической и хроматической аберраций, дифракции и астигматизма увеличивают его размер.

Когда электронный пучок выходит из пространства объектив­ной линзы, он подчиняется обычным оптическим законам. Глу­бину фокуса можно увеличить введением в электронно-оптиче­скую систему апертурных диафрагм; при этом одновременно умень­шается размер пучка. Однако нужно иметь в виду, что меньшая апертурная диафрагма означает и меньший ток в пучке, что может привести к ухудшению отношения сигнал/шум в детектирующем устройстве, а стало быть, и к худшему качеству изображения на экране электронно-лучевой трубки. При выборе размера апертурной диафрагмы для получения наилучшей глубины фокуса общее правило состоит в том, чтобы размер диафрагмы согласовывался с качеством изображения. Другими словами, из всех возможных диафрагм нужно выбрать наименьшую, но еще обеспечивающую удовлетворительное качество изображения. Этого можно дости­гнуть (не прибегая к вычислениям) методом проб и ошибок, на­блюдая уровень шумов изображения на экране осциллографа.

Третье требование, предъявляемое к используемому в растро­вой микроскопии излучению, заключается в том, что должна су­ществовать удовлетворительная связь между эффективностью вза­имодействия в системе излучение — образец и теми свойствами поверхности, которые несут информацию о топографии и составе наблюдаемого образца.