Взаимодействие электронов с веществом и формирование изображения в РЭМ

могут:
Не испытать взаимодействия
Изменить траекторию (и/или энергию в результате взаимодействия с электрическими полями электронных оболочек и атомных ядер)
Изменить траекторию и/или энергию в результате столкновений с электронами вещества

Диффузия электронов в материал. Размер области взаимодействия

пучка, покинувшие объем образца вследствие изменения траектории своего движения при упругих или неупругих взаимодействиях. Такие электроны могут сохранить значительную часть своей первоначальной энергии.

Доля обратнорассеяных электронов прямо пропорциональна среднему атомному номеру материала исследуемого объекта.

на периодических структурах, период которых сопоставим с длиной волны электронов (т.е. на атомных плоскостях кристаллической решетки)

предположительный механизм дифракции отраженных электронов:

1. часть попадающих в образец электронов испытывает неупругое рассеяние, теряя малую часть энергии (~1%) и рассеивается во всех направлениях в относительно малом объеме (аналог точечного источника)

2. если электроны выполняют условие Вульфа-Брэггов для какой-либо кристаллографической плоскости, они обособляются («каналируются») от прочих (фоновых) электронов, вызывая вариации в плотности распределения отраженных электронов.

3. для каждой плоскости электроны образуют пару широких конусов, сечение которых плоскостью (экрана, фотопластинки) приводит к наблюдению Кикучи-полос (картины дифракции Кикучи)

их выхода из материала. Такие вышедшие электроны называются вторичными. Различают:
Медленные вторичные электроны - выбитые из валентной зоны или зоны проводимости.
Быстрые вторичные электроны - выбитые из внутренних оболочек атомов.
Оже – электроны (Auger)

Медленные вторичные электроны

зона проводимости

запрещенная зона

E0

E0-ΔE

E

E < 50 эВ

Вследствие малой энергии глубина выхода вторичных электронов ограничена 5-50 нм. Вторичные электроны несут информацию об особенностях поверхности образца (топографии)

Быстрые вторичные электроны

50 эВ < ΔE < 1/2 E0

Валентная зона

нужной энергией
Магнитные линзы и диафрагмы колонны РЭМ формируют электронный зонд нужной геометрии
Отклоняющие катушки последовательно и построчно (слева направо, сверху вниз) позиционируют зонд на поверхности образца, формируя двумерную область сканирования («x - y растр»), которой соответствует область на мониторе

1 – полюсный наконечник объективной линзы;
2 – катушки сканирования;
3 – пучок электронов (зонд);
4 – образец;
5 – детекторы;
6 – генератор развертки;
7 – видеоусилители;
8 – селектор сигнала;
9 – плата видеозахвата;
10 – ПК управления;
11 – сигнал синхронизации видеоразвертки

микроскопом ПК
В каждой позиции электронного зонда на поверхности образца детекторы фиксируют интенсивность какого-либо сигнала, возникающего при взаимодействии электронов зонда с образцом; в зависимости от этой интенсивности точке (пикселю) на мониторе присваивается определенный уровень яркости:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

образец – точки растра (х,у)

монитор – пиксели (Х,Y)

F(x,y,I) – функция передачи информации с яркостной модуляцией (Z-модуляцией)

В результате установления соответствия между позициями зонда на образце (х,у) и пикселями монитора (X,Y,I) формируется растровое изображение объекта. Так как движение зонда и видеоразвертка синхронизированы, изображение передает особенности геометрии объекта без искажений.

Растровое электронно-микроскопическое изображение не является действительным и представляет собой абстракцию переноса информации из пространства объекта в пространство монитора !

8

3536 (и более) точек!

Увеличение в растровом электронном микроскопе создается не линзами, а катушками сканирования! Задача линз в РЭМ – формировать электронный пучок нужной геометрии и интенсивности.

3 – образец; 4 – сцинтиллятор; 5 – сетка (Фарадея); 6 – световод; 7 – фотоэлектронный умножитель (ФЭУ); 8 – светонепроницаемый корпус

Детектор Э-Т может регистрировать как вторичные и часть обратнорассеянных электронов (положительный потенциал на сетке), так и только часть обратнорассеянных электронов (отрицательный «отталкивающий» потенциал)

номеру и ориентации кристаллической решетки.

Полупроводниковые кольцевые детекторы обратнорассеяных электронов

1

2

3

4

5

1 – полюсный наконечник объективной линзы;
2 – электронный пучок;
3 – образец;
4 – отраженные электроны;
5 – кольцевой полупроводниковый детектор