ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Электронно-оптич. прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 10 раз) увеличенного изображения объектов, полученного с помощью пучков электронов, ускоренных до больших энергий (30-100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Первый магн. просвечивающий Э. м. (ПЭМ) был создан в 1928 нем. учёными М. Кноллем и Э. Руской. В 1938 М. фон Арденне (Германия) и в 1942 В. К. Зворыкин (США) построили первые растровые Э. м. (РЭМ), работающие по принципу сканирования (развёртывания), т. е. последовательного от точки к точке перемещения тонкого электронного пучка (зонда) по объекту. По разрешающей способности Э. м. в неск. тысяч раз превосходят обычные световые микроскопы; так, предел разрешения (характеризующий способность оптич. прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта) у ПЭМ составляет 0,2-0,3 нм, а при фотографировании периодич. структур, например кристаллографических, удаётся реализовать разрешение менее 0,1 нм. 

Изображение типичного ПЭМ с высокой разрешающей способностью. В его оптич. системе создаётся глубокий вакуум (10 Па). Пучок электронов, испускаемых накалённым катодом, формируется электронной пушкой и затем дважды фокусируется конденсорами, в результате на объекте создаётся электронное «пятно», диаметр которого можно менять в пределах от 1 до 20 мкм. После прохождения сквозь объект наблюдения часть электронов рассеивается и задерживается апертурной диафрагмой; нерассеянные электроны проходят через отверстие диафрагмы и фокусируются объективом в предметной плоскости промежуточной линзы - здесь образуется первое увеличенное изображение. Последующие линзы создают второе, третье и т. д. изображения; последняя, проекционная, линза формирует изображение на флюоресцирующем экране, который светится под воздействием электронов. Характер рассеяния электронов неодинаков в разл. точках объекта, т. к. толщина, плотность и хим. состав вещества разных участков объекта различны. Соответственно изменяется число электронов, прошедших через апертурную диафрагму, а следовательно, и свечение отд. точек экрана. При фотографировании экран убирается и электроны воздействуют на светочувствит. слой фотопластинок, расположенных под экраном. Фокусировка изображения осуществляется плавным изменением тока, возбуждающего магн. поле объектива Э. м. Величина ускоряющего напряжения определяет толщину объекта, которую можно «просветить» электронным пучком; при напряжении 100 кВ изучению доступны объекты толщиной от единиц до неск. сотен нм.

ПЭМ, как правило, используется в качестве универсального прибора многоцелевого назначения. С помощью дополнит, устр-в и приспособлений объект исследования можно располагать в разных плоскостях, нагревать, охлаждать, деформировать. В ПЭМ можно наблюдать поверхность объекта, осуществлять электронографич. исследования структур тонких плёнок и др.

Для науч. исследований, при которых не требуется высокая разрешающая способность, а также при исследованиях с учебной целью и т. п. применяются ПЭМ упрощённой конструкции (их оптич. система содержит один конденсор и 2-3 линзы для увеличения изображения объекта) с меньшим ускоряющим напряжением (60-80 кВ); такие ПЭМ имеют предел разрешения 0,6-1,5 нм. Для исследования объектов толщиной до 1-10 мкм (например, в биологии и медицине) применяют ПЭМ с повышенным ускоряющим напряжением (до 200 кВ) и сверхвысоковольтные Э. м. с ускоряющим напряжением 1-1,5 и 3 МВ. Разрешающая способность таких Э. м. в 10-20 раз выше, чем у обычных 100-киловольтных ПЭМ.

Наибольшее применение в науч. исследованиях в области микроэлектроники получили растровые Э. м. В РЭМ электронный пучок, сформированный электронной пушкой, ускоряется до энергии в 30-50 кэВ и при помощи 2 или 3 электронных линз фокусируется в узкий электронный луч (зонд). Магн. отклоняющая система развёртывает зонд по заданной площади на объекте. В основе растровой электронной микроскопии лежат физ. явления, наблюдающиеся при бомбардировке твёрдого тела электронами; в результате взаимодействия электронов с поверхностью объекта возникает неск. видов излучений: вторичные и отражённые электроны; электроны, прошедшие сквозь объект; рентгеновское излучение (тормозное и характеристическое); оптическое излучение и др. Любое из этих излучений может быть преобразовано соответствующим детектором (датчиком) в электрич. сигналы, которые после усиления подаются на ЭЛП и модулируют его луч. Развёртка луча в ЭЛП синхронизирована с развёрткой зонда в РЭМ, и на экране ЭЛП наблюдается увеличенное изображение объекта.

Фотографируют изображение объекта непосредственно с экрана ЭЛП. Осн. достоинство РЭМ - высокая информативность, обусловленная возможностью наблюдать изображение, используя сигналы разл. детекторов. С помощью РЭМ можно, например, исследовать микрорельеф подложек, изучать дефекты р-п-переходов, выполнять рентгеновский структурный анализ, обнаруживать дефекты в структурах ИС, исследовать распределение магн. и электрич. полей по поверхности объекта.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.