Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Топ:
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Интересное:
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Дисциплины:
2017-11-16 | 293 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Электронный пучок, создаваемый электронно-оптической системой, характеризуют три параметра: ток пучка i (диапазон изменения 10-12 – 10-6A), диаметр пучка d (5нм-1мкм) и расходимость α▪(10-4-10-2ср). Эти параметры не являются независимыми. Соотношение между ними дается уравнением яркости:
d = 1/2 C сфα3
где d –диаметр пучка, С сф – коэффициент сферической абберации, α- апертурный угол (расходимость пучка)
Увеличение в РЭМ зависит от регулировки масштаба отображения на экране и определяется соотношением амплитуд развертки луча по экрану. Линейное увеличение М равно:
М = L/l,
где l- длина отрезка в пространстве объекта, а L - длина отрезка в пространстве экрана.
Так как максимальная длина развертки L на экране фиксирована, то повышение увеличения микроскопа достигается путем уменьшения l.
Изменение амплитуды колебания зонда задается путем изменения тока в отклоняющих катушках. Обычно рабочий диапазон изменения увеличений, обеспечивающий высокую четкость изображения поверхности, составляет 10…50000х. Увеличение, превышающее максимальное полезное увеличение микроскопа, обычно используется только для его фокусирования
Особенности увеличения в РЭМ
1. Используя фиксированное значение L, можно рассчитать области сканирования на образце в зависимости от увеличения (при фиксированном L). Эта информация полезна при анализе большого количества комбинации изображений при разных увеличениях.
2. Увеличение в РЭМ зависит только от тока отклоняющих катушек, а не от тока возбуждения объективной линзы, которым определяется фокусировка пучка. Поэтому, фокусируя изображение при высоком увеличении, при низком увеличении не требуется дополнительная подстройка линз.
|
3. При изменении увеличения изображение не поворачивается, поскольку ток возбуждения объективной линзы постоянен. (Относительный поворот изображения происходит при изменении рабочего расстояния).
Важным понятием РЭМ, связанным с принципом сканирования и увеличением, является размер «элемента изображения». Элемент изображения – это область попадания пучка на образце, информация с которой передается в одно пятно на экране. Диаметр соответствующего элемента изображения
r =100мкм/ M,
где М -увеличение.
Понятие элемента изображения входит в определение фокусировки, полезного увеличения и глубины фокуса. Изображение считается точно сфокусированным, когда область зондирования пучком на образце меньше элемента изображения. Понятие полезного увеличения связано с тем, что из-за перекрытия элементов изображения при возрастании увеличения, начиная с некоторых значений не получаем дополнительной информации на изображении. Глубина фокуса – это область оптимальной фокусировки, которая зависит от расходимости пучка α и увеличения. Если считать, что дефокусировка становится наблюдаемой, когда пучок перекрывает два элемент изображения (размером 0,1мм на экране), то глубина фокуса D
D =2 r /α М =0,2мм/α М
Расходимость α меняется зависит от радиуса конечной диафрагмы и рабочего расстояния.
Основные типы контраста
Контраст С оказывает прямое влияние на разрешающую способность.
С = (Smax – Smin)/Smax,
где Smax и Smin - сигналы в любых двух точках растра сканирования. Таким образом, формирование контраста С в РЭМ определяется разностью детектируемых сигналов от соседних участков образца, чем она больше, тем выше контраст изображения. При рассмотрении понятия контраста важно рассматривать его как замкнутую систему: образец – детектор.
Контраст зависит от нескольких факторов: топографии поверхности, химического состава объекта, поверхностных локальных магнитных и электрических полей, кристаллографической ориентации элементов структуры.
|
Важнейшими из них являются топографический, зависящий от неровностей поверхности образца, а также композиционный, зависящий от химического состава. Уровень контраста определяется также и эффективностью преобразования падающего на детектор излучения, которое создает сигнал на его выходе. Если получаемый в итоге контраст недостаточен, то его можно повысить, увеличив ток зонда. Однако большой поток электронов в силу особенностей электронной оптики не может быть хорошо сфокусирован, то есть диаметр зонда возрастает и, соответственно, снижается разрешающая способность. Контраст обусловлен рассеянием электронов при взаимодействии электронного пучка с образцом. Если область взаимодействия достаточно мала (рис. 19), то доля рассеянных электронов невелика. При взаимодействии первичных электронов с образцом одни из них рассеиваются из-за столкновений с ядрами атомов образца, другие – из-за столкновений с электронами атомов, а третьи проходят, не претерпевая рассеяния. Степень рассеяния в какой-либо области образца зависит от топографических особенностей поверхности этой области, плотности образца и средней атомной массы (числа протонов) в данной точке.
Размеры области генерации сигнала в образце также могут ограничивать разрешение, если поглощенные электроны генерируются в большом объеме (рис.19). Разрешающая способность при получении изображений в этом случае невелика и имеет такой же порядок, как и для отраженных электронов. Высокая разрешающая способность достигается при изображении во вторичных электронов, зона выхода которых ограничена малой областью вокруг места падения зонда
Детекторы электронов
Назначение детектора в РЭМ: преобразование излучения, выходящего с образца, в электрический сигнал, который после прохождения усилителя модулирует интенсивность на экранах для наблюдения и фотографирования.
Любую детекторную систему характеризуют три основных параметра:
1) угол приема (или выхода) сигнала – угол по отношению к поверхности образца, под которым детектор принимает сигнал;
2) телесный угол, в котором детектор принимает сигнал
Ω = A/r 2;
где А – площадь детектора, а r – расстояние от точки падения пучка на образец до детектора;
|
3) эффективность преобразования, или процент попадающего на детектор излучения, которое создает сигнал на его выходе.
Как известно, существуют различные сигналы: вторичные электроны, отраженные электроны, рентгеновское излучение, катодолюминесценция, ток на образец (поглощенный ток), и в ряде типов полупроводниковых образцов наведенный ток.
Основные режимы работы в РЭМ получение изображения во вторичных и отраженных электронах. Вторичные электроны эмитируются со средней энергией 3 – 5эВ. Энергия отраженных электронов находится в диапазоне 0 < E < E0, где E0 – энергия падающего пучка. Для материалов со средним и высоким атомным номером распределение отраженных электронов по энергиям имеет максимум при 0,8 – 0,9 E 0. Наиболее широко используемым детектором в РЭМ является система сцинциллятор-фотоумножитель, современная форма которой разработана Эверхартом и Торнли.
Детектор Эверхарта-Торнли (рис. 21) (сцинциллятор-фотоумножитель) используется в качестве детектора вторичных и отраженных электронов, создающего ток вторичной эмиссии в диапазоне 10-9-10-13А, усиление 105 -106, обладает малым уровнем шума и широкой полосой пропускания.
Схема детектора представлена на рис. 20. Коллектор 1 имеет положительный потенциал, приблизительно +250 В, благодаря чему траектории вторичных электронов искривляются и они попадают в коллектор. На первичные и отраженные электроны, имеющие высокие значения энергии, этот потенциал существенного влияния не оказывает.
Рис. 21. Схема детектора эмитированных электронов Эверхарта-Торнли.
1 – коллектор, 2 – световод, 3 – сцинтиллятор, 4 – фотоумножитель.
Внутри коллектора электроны ускоряются. Для этого на сцинтиллятор 3 подается высокое напряжение порядка 12 кВ. Его влияние на электронный зонд экранируется корпусом коллектора. Вследствие ускорения вторичные электроны получают достаточную энергию, чтобы вызвать световое излучение материала сцинтиллятора, которое по световоду 2 попадает на фотоумножитель 4, где преобразуется в электрический сигнал. Мощность этого сигнала и, следовательно, яркость соответствующей точки на экране при использовании вторичных электронов определяется топографическим контрастом. Характерная особенность топографического контраста в РЭМ - повышенная яркость изображения острых вершин и выступов рельефа поверхности образца, вызывается увеличением выхода электронов с этих участков. При формировании изображения в режиме детектирования вторичных электронов возможно появление незначительного композиционного контраста.
|
Для регистрации отраженных электронов могут использоваться различные типы детекторов, в том числе и детектор Эверхарта-Торнли, но с некоторым изменением. Это вызвано тем, что отраженные электроны имеют высокую энергию, движутся прямолинейно, не отклоняясь электрическим полем в отличие от вторичных электронов. Поэтому нет необходимости использовать в детекторе высокие напряжения и, следовательно, коллектор. Эффективность сбора отраженных электронов зависит от угла наклона детектора к поверхности генерации электронов и расстояния между ними. Получение изображения в отраженных электронах вызвано тем, что эмиссия этих электронов зависит от порядкового номера химического элемента. На плоской поверхности образца участок материала с более высоким средним порядковым номером атомов отражает большее количество электронов и выглядит на экране более светлым относительно других участков образца. Полученный контраст называют композиционным.
Изображение в отраженных электронах позволяет определить количество фаз в материале, наблюдать микроструктуру материала без предварительного травления шлифа и др. Выявление структуры материала становится возможным, поскольку химический состав зерен в многокомпонентных системах отличается от химического состава их границ. В том случае, когда поверхность образца имеет ярко выраженные неровности, то дополнительно к композиционному возникает топографический контраст. Для разделения композиционного и топографического контрастов применяют два детектора отраженных электронов Эверхарта-Торнли. На рис.22 приведен пример разделения контрастов. В случае сложения сигналов детекторов Д1 и Д2 усиливается композиционный и устраняется топографический контраст.
При вычитании сигналов аннулируется контраст композиционный и усиливается топографический.
Рис. 22.Использование парного детектора (Д1, Д2) для разделения композиционного (I) и топографического контрастов (II).
При получении изображения в поглощенных электронах сигналом служит ток поглощенных электронов, который равен току первичных электронов за вычетом тока отраженных и вторичных электронов. В итоге он зависит от количества эмитированных отраженных и вторичных электронов. Соответственно в сигнале присутствуют как композиционная, так и топографическая составляющая, причем они не разделяются.
При сканировании зонда по поверхности образца, имеющего химическую неоднородность и сильно выраженный рельеф, интенсивность сигнала будет меняться. Для улавливания сигнала не требуется специальный детектор. Его роль выполняет образец, в котором образуются поглощенные электроны. Поток поглощенных электронов только усиливается, а затем передается в блок изображения.
|
|
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!