 |
|
Принцип действия растрового электронного микроскопа.
Электронный луч в виде тонкого пучка электронов (зонд, диаметр луча <10 нм) обегает (сканирует) образец по строчкам точку за точкой и синхронно передает сигнал на кинескоп. При попадании электронного луча в какую-либо точку образца происходит выбивание из его материала вторичных электронов и отраженных электронов. Яркость изображения точки на экране кинескопа зависит от количества «выхода» электронов. Высокий выход электронов из образца дает светлую точку изображения на экране, малый «выход» соответствует темной точке. В интервале между этими значениями «выходов» электронов наблюдаются серые точки разных оттенков.
Электронный зонд представляет собой тонкий пучок электронов приблизительно цилиндрической формы, при воздействии его на образец возбуждаются одинаково малые пятна электронного возбуждения. Это объясняет хорошую глубину резкости изображения при растровой электронной микроскопии.
Схема растрового электронного микроскопа показана на рис. 3. Первичный электроциый луч (зонд) образуется в вакуумной колонне (электронная пушка) растрового электронного микроскопа (РЭМ). Электроны вылетают из накаливаемого катода и ускоряются электрическим полем напряжением 1—50 кВ; луч фокусируется тремя электромагнитными конденсорными линзами и с помощью отклоняющих катушек сканируется по образцу.
Излученные образцом электроны вызывают в сцинтилляторе световые вспышки (фотоны). Быстрые упруго рассеянные (отраженные) электроны с высокой энергией без дополнительного подвода энергии попадают в сцинтиллятор; вторичные электроны с низкой энергией при движении к сцинтиллятору получают ускорение в результате приложения электрического поля. Световые вспышки покидают вакуумную колонку через световод и в примыкающем к нему фотоумножителе.превращаются в электрические импульсы. Посредством последних после дальнейшего усиления можно регулировать яркость экрана электроннолучевой трубки. Полученное таким образом изображение поверхности является как бы объемным и может быть объяснено так, как будто объект освещается сцинтиллятором, установленным на боковой стороне объекта, а наблюдение ведется со стороны направления первичного электронного луча.
Действие первичного электронного луча
Падающие на объект электроны с высокой энергией отклоняются и замедляются атомами твердого тела. Эти процессы происходят внутри зоны проникновения электронов. При этом из образца могут вылетать электроны, рентгеновские кванты, фотоны и выделяться тепло.
Для получения изображения в растровом электронном микроскопе используют отраженные электроны и вторичные электроны
Отраженные электроны: электроны с высокой энергией, которые испускаются из сравнительно протяженной области объекта вокруг первичного электронного луча; они поступают из большой глубины.
Рис. 3. Схема растрового электронного микроскопа:
1 — катод; 2 — анод; 3 — электронный луч; 4 — конденсорная линза I;
5 — конденсорная линза II; 6— последняя (конечная) конденсорная линза; 7 — отклоняющие катушки; 8 — блок регулировки увеличения; 9 — фотоумножитель; 10 — апертурная диафрагма; 11 — образец; 12 — сцинтиллятор; 13 — световод; 14—отклоняющие устройства; 15 — устройство для наблюдения; 16— устройство для съемки; 17—усилитель сигнала; 19 — вакуумная система
 |
Рис. 4. Макроскопическое описание различных видов трещин:
а — ветвление трещин по мере образования излома; исходная трещина А или В; более длинная трещина является более «старой» (1 — более «молодая» трещина; 2 — более «старая» трещина); б—распространение разрушения (1 — острый край в конце излома—долом; 2 — расположение тонких (волосных) трещин; 3 — побочные (вторичные) трещины; в — «зубчатость» в начальной стадии разрушения — образование своеобразных амбразур (1 — поверхность)
Вторичные электроны: электроны с малой энергией (<50 эВ), которые покидают поверхность в случае, когда их энергия выше, чем работа выхода (2—6 эВ). Вторичные электроны преимущественно образуются только в тонком слое материала (1—10 нм) внутри пятна, на которое упал первичный луч.
В большинстве случаев для получения изображения с помощью РЭМ используются вторичные электроны. Они позволяют получать лучшее разрешение (<10 нм), чем в случае отраженных электронов.
Разрешение
Разрешение определяется диаметром того участка на поверхности объекта, от которого излучаются вторичные электроны. Этот диаметр несколько больше, чем диаметр падающего луча первичных электронов. Хорошие растровые электронные микроскопы позволяют получать разрешения порядка 10 нм. Если для получения изображения используются обратно рассеянные (отраженные) электроны, Оже-электроны или кванты рентгеновского излучения, то разрешение примерно на порядок хуже (около 100 нм).