Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа. Растровый электронный микроскоп. Принцип работы растрового электронного микроскопа. Общее описание растрового электронного микроскопа, страница 8

Ускоренные электроны, бомбардируя поверхность твердого тела, будут испытывать поглощение, рассеяние назад и диф­ракцию, а также вызовут эмиссию низкоэнергетических вто­ричных электронов и рентгеновского излучения. Во всех растровых электронных микроскопах, выпускаемых промышлен­ностью, используются по меньшей мере два из этих явлений, а именно вторичная эмиссия и рассеяние электронов назад. Указанные электроны улавливаются коллектором, преобразо­вываются в электрический сигнал, который усиливается и инди­цируется в виде локального изменения яркости на экране электронно-лучевой трубки. Большинство микроскопов также снабжено (по крайней мере в качестве дополнительного приспособ­ления) устройством для измерения числа поглощённых электро­нов, или, иначе, тока образца.

 Анализ, который возможно осуществить с помощью РЭМ, может быть только качественным или полу количественным, если подсчитывается число рентгеновских квантов, выходящих из какой-либо точки при очень выгодных условиях, когда кон­центрации существующих на поверхности образца элементов весьма большие. Интенсивность рентгеновского излучения почти во всех случаях будет столь малой, что соответствующий сигнал «пропадет» в шуме из-за сравнительно малого времени счета рент­геновских квантов в процессе обычной развертки в растр элек­тронного зонда. Но даже если эта дополнительная особенность в настоящее время не допускает превращения растрового электрон­ного микроскопа в растровый рентгеновский микроскоп, то тем не менее микроанализ может иметь реальную ценность для ис­следователя, эксплуатирующего РЭМ. Например, его можно ис­пользовать для идентификации неизвестной структуры при фрактографическом исследовании, проводя качественный рентгеновский микроанализ, чтобы. определить элементы, присутствующие в структуре.

ЛЕКЦИЯ 10

Возвращаясь к третьему требованию — наличию связи между взаимодействием электронов зонда и топографией поверхности или концентрацией элементов в образце, — можно ограничиться рассмотрением вторичных и рассеянных назад электронов, так как поглощенные электроны, или ток образца, используются ред­ко. Контраст изображения формируется за счет изменения числа вторичных или рассеянных назад электронов, собранных с раз­личных участков поверхности образца. Поэтому величина сигнала, определяющая яркость какой-либо точки на экране, сложным образом зависит от ряда факторов.

Механизм контраста будет различным для вторичных и рассе­янных назад электронов из-за огромной разницы в их энергиях (рис. 6). Вторичные электроны имеют энергию около 20 эВ, в то время как для рассеянных назад электронов это значение  со­ставляет 20 000 эВ. Основное различие между этими двумя ти­пами электронов заключается в том, что быстрые рассеянные назад электроны не отклоняются полем коллектора. Они летят от образца к сцинтилляционному счетчику по совершенно прямо­линейным траекториям. С другой стороны, медленные вторичные электроны испытывают влияние электрического поля и обычно следуют по сильно искривленным траекториям, как показан на рис. 3 Отсюда становится ясно, что те участки поверхности образца, из которых к коллектору нельзя провести прямую линию, можно визуализировать только с помощью вторичных электронов, а не с помощью рассеянных назад. Это является основной причиной более высокой информативной емкости вторично эмиссионного изображения. Кроме того, вторичные электроны дают больший общий сигнал, а следовательно, и лучшее отношение сигнал/шум.

Рис. 6 - Схема, поясняющая механизм формирования контраста в РЭМ для рассеянных назад (быстрых) и вторичных (медленных) электронов: 1 — сетка; 2 — пластмассовый сцинтиллятор, покрытый алюминием; 3 — световод; 4 — фотокатод; 5 — изолятор; 6 — металлический стакан.

Вклад в видеосигнал дают только те рассеянные назад электроны, которые, двигаясь по прямым траекториям, попадают от образца на сцинтиллятор. Медленные вторичные электроны испытывают влияние электрического поля коллектора и попадают на сцинтил­лятор даже от тех участков образца, от которых нельзя провести прямую линию к сцинтиллятору.