9.2.1. Растровая электронная микроскопия

В растровом электронном микроскопе изображение исследуемого объекта формируется при сканировании его поверхности точно сфоку- сированным (5–10 нм) лучом электронов (электронным зондом, диамет- ром 5–1000 нм). При взаимодействии электронов с поверхностью ис- следуемого материала протекает ряд сложных процессов, приводящих к появлению излучений различной природы. Эти излучения можно реги- стрировать с применением различных приборов и датчиков.

Для формирования картины поверхности используют отраженные электроны и вторичные электроны. Создаваемые ими сигналы после их регистрации приборами усиливают, а затем используют для модуляции яркости изображения на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), развертка которой синхронна со смещением электронного зонда. Таким образом, каждой точкой на поверхности образца соответствует точка на экране ЭЛТ. Яркость изображения точки пропорциональна интенсивности сиг- нала от соответствующей точки на изучаемой поверхности.

268

При использовании сигнала от отраженных электронов получается информация от слоя толщиной 1–2 мкм. Изображение поверхности от- личается сильным черно-белым контрастом. Такой режим может быть полезен при изучении структуры на металлографических шлифах. При использовании сигнала от вторичных электронов достигается наибольшее разрешение, так как вторичные электроны возникают в слое толщиной порядка 1 нм, а зона их возникновения ограничена областью вокруг падения электронного луча. Контрастность изображения не- сколько ниже, чем при использовании отраженных электронов, однако оно имеет стереометрический характер.

Важным достоинством растровой электронной микроскопии явля- ется сочетание большой разрешающей способности (до 10 нм, а при ис- пользовании специальных катодов из гексаборида лантана – до 5 нм) с большой глубиной фокуса, что позволяет проводить высококачествен- ные исследования поверхности шероховатых образцов. В ряде приборов вместо катода используют автоэмиссионные пушки, что позволяет по- лучать очень узкие электронные лучи и доводить предельное разреше- ние до 0,5 нм.

Недостатком метода РЭМ является возможность исследования только проводящих материалов. Для исследования изоляторов на их по- верхность обычно напыляют тонкую пленку электропроводящего веще- ства, например углерода. Существуют и другие методы приспособления РЭМ к исследованию таких объектов.

В связи с тем, что при облучении материала электронами возникает рентгеновское излучение, в РЭМ широкое применение находит также метод рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Поэтому почти для всех растровых электронных микроскопов предусмотрено кон- структивное совмещение этих методов. Имеется возможность регистри- ровать спектры длин волн компонентов рентгеновского излучения и энергий рентгеновских квантов. Это обеспечивает проведение высоко- чувствительного (тысячные доли процента) качественного и количе- ственного анализа химического состава поверхности изучаемого мате- риала, в том числе в отдельно выбранной точке. Пространственное раз- решение РСМА составляет до 200–500 нм и сильно зависит от качества подготовки поверхности образцов.