9.2.1.2. Использование вторичных и отраженных электронов в рэм

При взаимодействии электронов с веществом в условиях работы РЭМ (ускоряющие напряжения 1–50 кВ) основными являются неупру- гие столкновения падающих электронов с электронами образца и упру- гие столкновения с ядрами. В зависимости от электрических свойств объекта (объект может заряжаться, может становиться проводящим) возможны прямые электрические измерения потенциала на образце (от точки к точке образца по ходу электронного зонда), измерения тока отраженных электронов, тока электронов, проходящих сквозь образец, и тока, обусловленного поглощенными электронами; если образец ди- электрик – нет тока поглощенных электронов.

Наиболее универсальное значение имеют регистрация вторичных электронов (ВЭ) и регистрация отраженных электронов (ОЭ). Те и другие электроны улавливаются коллектором, установленным возле об- разца, преобразуются в электрический сигнал, который усиливается и затем направляется к электронно-лучевой трубке, где он модулирует яркость электронного луча, строящего изображения на экране этой трубки (рис. 9.1). Кроме этих обязательных методов анализа, современ- ные модели РЭМ имеют (по крайней мере, в виде дополнительной при- ставки) устройства для анализа рентгеновского характеристического из- лучения с помощью кристалл-анализаторов или безкристалльным (энер- гетическим дисперсионным) методом.

Различия в использовании ВЭ и ОЭ как в отношении разрешающей способности, так и в отношении механизма создания контраста, опреде- ляются, во-первых, различиями в их энергии, во-вторых, разной зависи- мостью их интенсивности от характера объекта.

На рисунке 9.6 показаны размеры областей объекта, относящихся к разным эффектам взаимодействия электронного луча с веществом. Па- дающие электроны имеют энергию порядка 10

3 или 10

4 эВ (обычно до

30–50 кэВ). Поэтому они могут проникать на значительную глубину, испытывая упругое рассеяние, и вместе с упруго рассеянными электро- нами уже в некотором объеме (имеющем, как показали расчеты, капле- видную форму) теряют часть энергии на возбуждение атомов вещества, в результате чего возникает рентгеновское излучение и эмиссия ВЭ, а также оже-электронов. Поскольку энергия ВЭ невелика (порядка 10 эВ), то вторичные электроны, образующиеся на значительной глубине, ре- комбинируют с ионизированными атомами, и область объекта, которая дает эффект вторичной электронной эмиссии, имеет глубину менее

274

500 Å и диаметр, лишь немного превышающий диаметр электронного зонда. Упруго рассеянные электроны испускаются гораздо большей об- ластью объекта, размер которой зависит от ряда факторов, но обычно глубина не превосходит 1000 Å.

На схеме рисунка 9.6, а легко увидеть, что изображение во ВЭ должно иметь гораздо лучшее разрешение, чем изображение в упруго рассеянных (отраженных) электронах. Разрешение во ВЭ в современ- ных приборах примерно соответствует поперечнику электронного зонда и может быть лучше 100 Å. Разрешение в упруго рассеянных электро- нах значительно хуже (около 1000 Å).

Рис. 9.6. Области возбуждения в объекте разных процессов взаимодействия электронов с веществом (металл), используемых в электронно-оптических приборах для анализа состава или микроструктуры (а), и те же области,

но при разной энергии электронов зонда (б)

Рентгеновские лучи попадают в анализирующее устройство прак- тически со всего объема объекта, в котором происходит их возбужде- ние. Эта область изменяется в зависимости от природы объекта и энер- гии падающих электронов (или ускоряющего напряжения, рис. 9.6, б), достигая глубины около 5000 Å (фактически, кроме области первичного излучения, надо учитывать еще область вторичного характеристическо- го рентгеновского излучения). Области возбуждения в объекте разных процессов взаимодействия (рис. 9.6.) электронов с веществом (металл): 1 – падающий пучок электронов; 2 – поверхность объекта (мишень); 3 – первичное возбуждение рентге- новских лучей; 4 – граница возбуждения рентгеновских лучей торможе- ния; 5 – область возбуждения вторичного (флюоресцентного) рентге- новского излучения; 6 – область рассеяния рентгеновских лучей и ди- фракции Косселя; 7 – ток образца; 8 – возможное разрешение для рент-

275

геновского микроанализатора (КХГ); 9 – диаметр зонда; 10 – область, от которой регистрируются ОЖЕ-электроны; 11 – ВЭ и РЭ – области, от которых регистрируются вторичные и упруго рассеянные электроны V1, V2 – области возбуждения при разном ускоряющем напряжении; V2 > V1.

Таким образом, только изображение во ВЭ дает высокое разреше- ние, более чем на порядок лучше разрешения светового микроскопа.

Механизм образования изображений во ВЭ и в ОЭ различен, преж- де всего, из-за различия их энергий. Сетка коллектора (рис. 9.7) может иметь отрицательный потенциал, который запирает вход вторичным электронам.

Рис. 9.7. Устройство для регистрации вторичных и отраженных электро-

нов: 1 – сетка; 2 – сцинтиллятор; 3 – светопровод; 4 – фотокатод или фотоэлек- тронный умножитель; 5 – изолятор; 6 – металлический стакан; А – пучок падаю-

щих (первичных) электронов; Б – поверхность объекта; В – коллектор

При положительном потенциале на сетке (100 В) ВЭ независимо от первоначального направления эмиссии движутся в направлении к кол- лектору, образуя бестеневое изображение объекта. При этом получают- ся изображения таких участков объекта, от которых нельзя провести прямую линию к коллектору (т. е. участков, которые должны бы нахо- диться «в тени», рис. 9.7).