Реферати українською » Физика » Растровий електронний мікроскоп


Реферат Растровий електронний мікроскоп

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1Электронно-микроскопический метод дослідження

2 Фізичні основи растрової електронної мікроскопії

2.1Разновидности растрового електронного мікроскопа        

3 Схема растрового електронного мікроскопа, призначення його вузлів та його функціонування

4 Підготовка об'єктів для досліджень, і особливі вимоги до них

5 Технічні можливості растрового електронного мікроскопа

6 Сучасні види РЕМ

Укладання

Список літератури


Запровадження

Бистре розвиток методів дослідження та аналізу, заснованих на виключно використанніелектронно-зондового і різних сигналів, випромінюваних речовиною при взаємодії з електронами зонда, призвела до того, що техніка, яка ще зовсім недавно була привілеєм окремих лабораторій, стала загальнодоступною.

Таке розширення роботи у цьому напрямі було частково зумовлено досягненнями в растрової електронної мікроскопії і створення різних приставок для хімічного рентгенівського аналізу з допомогоютвердотелих детекторів здисперсией. Нині багато дослідників мають потужними технічними засобами, але мають відповідної підготовки до роботи із нею. Оскільки ці методи дослідження та аналізу, застосування яких значно полегшилося завдяки технічному прогресу та порозумінню, досягнутому між конструкторами, засновані на використанні фізичних процесів, то закони їх мають бути пізнані, щоб одержувати корисні й важливі результати.

Якщо технічний прогрес дозволив швидко створити необхідне устаткування, то виникла природна необхідність знайти правильний підхід до докладної характеристиці матеріалів, виходячи з нові можливості методу. Стає дедалі очевиднішим, що з характеристики матеріалу недостатньо лише хімічного ігранулометрического аналізу. Характеристика вимагає якісного і кількісного описи певної кількості властивостей, особливо у мікрорівні (або, точніше на кількох мікрорівнях), згідно, зрозуміло, змакроскопическими характеристиками, такі як хімічний склад парламенту й передісторія (термічна чи механічна) зразка незалежно від природи матеріалу (металу, кераміки, мінералу чи напівпровідника).


1Электронно-микроскопический метод дослідження

>Электронно-микроскопический метод дослідження набув широкого поширення різних галузях науку й техніки. Електронний мікроскоп завдяки високої роздільної здатності (понад два порядки вищі порівняно з світловим мікроскопом) дозволяє спостерігати тонкі особливості і деталі структури мікрооб'єктів на атомно-молекулярному рівні. Ці прилади за своїм призначенням поділяються на просвітчасті (>ПЭМ) і растрові (РЕМ) електронні мікроскопи. Перші дозволяють вивчати зразки в проходять, а другі – у вторинних чи розсіяних об'єктом електронах.

Застосування просвітчастої електронної мікроскопії (>ПЭМ) в мінералогії почалося з часу отримання тіньових зображеньтонкодисперсних частинок глинистих мінералів. Починаючи з 1950-х років почали з'являтися роботи, присвячені принципам дії, конструкції і технічним можливостям електронних мікроскопів [2]. Одночасно розроблялися різні методи дослідження, у електронному мікроскопі. Нині в Маріїнський комплекс електронно-мікроскопічних методів входять просвітчаста і растрова електронна мікроскопія,микродифракция іелектронно-зондовий аналіз. З допомогою цього технологічного комплексу методів вирішується широке коло питань мінералогії. Сюди входять дослідження тонкоїмикроморфологии мінеральних індивідів і агрегатів, визначення різних типів точкових дефектів ідислокаций, оцінка ступеня неоднорідності мінералів, виявлення морфологічних і структурних співвідношень між різними фазами, пряме вивчення періодичності і дефектів кристалічних решіток мінералів та інших.

>Растровий електронний мікроскоп і рентгенівськиймикроанализатор це два приладу з більшими на можливостями, дозволяють такому рівні спостерігати та вивчати неоднорідні органічні та неорганічні матеріали і поверхні. У обох приладах досліджувана область чи аналізованиймикрообъем опромінюються тонко сфальцьованим електронним пучком, або нерухомим, аборазворачиваемим в растр поверхнею зразка.


2 Фізичні основи растрової електронної мікроскопії

Принцип дії грунтується на використанні деяких ефектів, які виникають за опроміненні поверхні об'єктів тонко сфальцьованим пучком електронів – зондом. Як зазначено на рис. 1. внаслідок взаємодії електронів 1 зі зразком (речовиною) 2 генеруються різні сигнали. Основні з яких є потік електронів: що проглядали 3, вторинних 4,Оже-електронов 5, спожитих 6, минулих через зразок 7, і навіть випромінювань:катодолюминесцентного 8 і рентгенівського 9.

Малюнок 1. – Ефекти взаємодії електронного променя з об'єктом

1 – електронний промінь; 2 – об'єкт; 3 – відбиті електрони; 4 – вторинні електрони; 5 –Оже-електрони; 6 – струм спожитих електронів; 7 – минулі електрони; 8 –катодолюминесцентное випромінювання; 9 – рентгенівське випромінювання

Для отримання зображення поверхні зразка використовуються вторинні, відбиті і поглинені електрони. Інші випромінювання застосовують у РЕМ як додаткові джерела інформації.

Найважливішою характеристикою будь-якого мікроскопа є його що дозволяє здатність. Вона визначається:

- площею перерізу чи діаметром зонда;

- контрастом, створюваним взірцем ідетекторной системою;

- областю генерації сигналу в зразку.

Діаметр зонда переважно залежить від конструктивних особливостей і забезпечення якості вузлів мікроскопа і електронної оптики. У середовищі сучасних РЕМ досягнуто високе досконалість компонентів конструкції, що дозволило зменшити діаметр зонда до 5...10 нм.

Вплив контрасту на розрізнювальну здатність проявляється у наступному. Формування контрасту в РЕМ визначається різницеюдетектируемих сигналів від сусідніх ділянок зразка, що вона більше, тим більша контраст зображення. Контраст залежить і від кількох чинників: топографії поверхні, хімічного складу об'єкта, поверхневих локальних магнітних і електричних полів,кристаллографической орієнтації елементів структури. Найважливішими є топографічний, залежить від нерівностей поверхні зразка, і навіть композиційний, залежить від хімічного складу. Рівень контрасту визначається ще й ефективністю перетворення падаючого на детектор випромінювання, яка створює сигнал з його виході. Якщо отримуваний у результаті контраст недостатній, його можна підвищити, збільшивши струм зонда. Але великий потік електронів через особливості електронної оптики може бути добре сфокусований, тобто діаметр зонда зросте і, знизиться що дозволяє здатність.

Інший чинник, обмежує дозвіл, залежить від розмірів області генерації сигналу в зразку. Схема генерації різних випромінювань при вплив електронного пучка на зразок представлена на рис. 2. Пробравшись первинних електронів в зразок вони розсіюються за всіма напрямами, тому всередині зразка відбувається розширення пучка електронів. Ділянка зразка, у якому первинні електрони гальмуються до енергіїЕ=0, має грушоподібної форми.Боковое розширення електронного пучка в зразку у разі має величину від 1 до 2мкм, коли зонд має діаметр 10 нм. Розбіжність електронів призводить до того, що загальна площа виходу поверхню зразка електронів буде більше фокусу електронного пучка. У зв'язку з цим процеси розсіювання електронів всередині зразка мають вплив на розрізнювальну здатність зображень, одержуваних у що проглядали, вторинних і спожитих електронах.

Малюнок 2 – Області сигналів і просторова роздільність при опроміненні поверхні об'єкта потоком електронів (зонд).

Області генерації: 1 –Оже-електронов, 2 – вторинних електронів, 3 – що проглядали електронів, 4 – характеристичного рентгенівського випромінювання, 5 – гальмівного рентгенівського випромінювання, 6 –флуоресценции

>Отраженние електрони. Вони при розсіюванні первинних електронів великі (до 90>o) кути внаслідок однократного пружного розсіювання чи внаслідок багаторазового розсіювання малі кути. У остаточному підсумку первинні електрони, відчувши ряд взаємодій з атомами зразка й марнуючи у своїй енергію, змінюють траєкторію свого руху, і залишають поверхню зразка. Розміри області генерації що проглядали електронів (рис. 2) значні і залежить від довжини пробігу електронів у вихідному матеріалі зразка. Протяжність області зростає збільшеннямускоряющего первинні електрони напруження і зменшення середнього атомного номери Z елементів, входять до складу зразка. Протяжність області, може змінюватися від 0,1 до 1мкм.Электрони, втративши у процесі відображення частина енергії, залишають зразок на щодо великих відстанях від місця падіння електронного зонда. Відповідно перетин, від якого отримують сигнал (рис. 2), буде значно більше перерізу зонда. Тому дозвіл РЕМ як реєстрації що проглядали електронів невеличке змінюється від десятків нанометрів під час роботи з невисокими які прискорюють напругами і з тяжкими матеріалами до сотень нанометрів під час роботи з більшими на які прискорюють напругами та легенями матеріалами.

Важливою особливістю емісії що проглядали електронів є його залежність від атомного номери елементів. Якщо атомний номер атомів матеріалу у точці падіння первинного пучка електронів малий (легкі атоми), то утворюється менше що проглядали електронів малим запасом енергії. У областях зразка, містять високу концентрацію атомів з великим атомним номером (важкі атоми), більше електронів відбивається від цих коштів атомів і меншою глибині в зразку, тому втрати енергії за її русі до менше. Ці закономірності використовуються і при отриманні зображень в що проглядали електронах.

Побічні електрони. Первинні електрони, проникаючі в зразок, взаємодіють із електронами зовнішніх оболонок атомів об'єкта, передаючи їм частину своєї енергії. Відбувається іонізація атомів зразка, ависвобождающиеся у разі електрони можуть залишити зразок і "бути виявлено як вторинних електронів. Вони характеризуються дуже малій енергією до 50еВ і тому виходять із ділянок зразка які дуже близькі до (рис. 2). Глибина шару, що дає вторинні електрони, становить 1...10 нм. У межах цього розсіювання електронівпренебрежимо замало, й тому і при отриманні зображень у вторинних електронах що дозволяє здатність визначається передусім діаметром первинного зонда. Побічні електрони забезпечують максимальну тоді як іншими сигналами розрізнювальну здатність порядку 5...10 нм. Тому є у РЕМ головним джерелом інформації щоб одержати зображення поверхні об'єкта, що саме на цей випадок наводяться паспортні характеристики приладу. Кількість які виникають вторинних електронів слабко залежить від атомного номери елемента. Основним параметром, визначальним вихід вторинних електронів, є кут падіння пучка первинних електронів на поверхню об'єкта. Отже, варіації нахилумикроучастков поверхні викликають різко виражені зміни у виході вторинних електронів. Цей ефект використовується щоб одержати інформації про топографії поверхні.

З метою збільшення емісії вторинних електронів часто зразок встановлюється з точки до осі зонда. У цьому погіршуватиметься різкість зображення – йогоразмитие з обох боків. Для її виправлення в РЕМ передбачена система компенсації кута нахилу. Метод нахилу зразка застосовують для дослідження пласких об'єктів (металографічнихшлифов та інших.). Для зразків із дуже розвиненим рельєфом повністю провести корекцію кута нахилу вдасться.

Урастровом електронному мікроскопі найбільше зацікавлення представляють сигнали, створювані вторинними і відбитими електронами, оскільки вони змінюються за зміни топографії поверхні тоді, як електронний промінь сканує на зразок.Вторичная електронна емісія виникає у обсязі поблизу області падіння пучка, що дає змогу отримувати зображення з відносно високим дозволом.Объемность зображення виникає внаслідок великої глибини фокусу растрового електронного мікроскопа, і навіть ефекту відтінення рельєфу контрасту у вторинних електронах. Можливі й інші типи сигналів, які знаходяться також корисними у часто [3].

Заклопотані електрони. При вплив зонда частинагенерируемих електронів залишається обсягом зразка (рис. 2). Так, при енергії первинного пучка 10...20кеВ приблизно 50% від загальної кількості які виникають вторинних і що проглядали електронів досягають поверхні зразка і залишають її. Решта електрони утворюють струм спожитих електронів (рис. 1). Його розмір дорівнює різниці між струмом зонда і струмами що проглядали і вторинних електронів. Ця різницю є сигналом щоб одержати зображення, яким впливають як топографічний, і композиційний ефекти.

Заклопотані електрони генеруються у великому обсязі (рис. 2). Роздільна здатність і при отриманні зображень у разі має такий самий порядок, як й у що проглядали електронів. Він отримання зображень використовується рідко через малої роздільної здатності.

електронний растровий мікроскопічний мікроскоп

2.1Разновидности растрового електронного мікроскопа

>Отражательний РЕМ.

>Отражательний РЕМ призначений на дослідження масивних зразків. Оскільки контраст, що виникає при реєстрації що проглядали, тобто.обратно-рассеянних, і вторинних електронів, пов'язаний переважно з кутом падіння електронів на зразок, на зображенні виявляється поверхнева структура.

Інтенсивність зворотного розсіювання та глибина, де воно відбувається, залежить від енергії електронів падаючого пучка. Емісія вторинних електронів визначається, переважно складом поверхні і є електропровідністю зразка. Обидва ці сигналу несуть інформацію про характеристиках зразка. Завдяки малої збіжності електронного пучка робити спостереження з більшою глибиною різкості, аніж за роботи з світловим мікроскопом, і реально отримувати прекрасні об'ємні мікрофотографії поверхонь з дуже розвиненим рельєфом.Регистрируя рентгенівське випромінювання,испускаемое зразком, за доповнення до даних про рельєфі одержувати інформацію про хімічний склад зразка в поверхневому шарі глибиною 0,001 мм.

Про склад матеріалу лежить на поверхні можна судити і з вимірюваною енергії, з якою емітуються ті чи інші електрони. Усі складності роботи з РЕМ обумовлені, переважно, його системами реєстрацію ЗМІ й електронної візуалізації. У приладі які з комплексом детекторів, разом із усіма функціями РЕМ, передбачається робочий режимелектронно-зондовогомикроанализатора.

>Растровий просвічуваний електронний мікроскоп.

>Растровий просвічуваний електронний мікроскоп (>РПЭМ) – це особливий вид РЕМ, розрахований тонкі зразки. Оскільки зображення формується біжучим пучком (а чи не пучком, який висвітлює весь досліджуваний ділянку зразка), потрібновисокоинтенсивний джерело електронів, щоб зображення можна було зареєструвати за прийнятне час. УРПЭМ високого дозволу використовуютьсяавтоелектронниеемиттери високої яскравості. У цьому джерелі електронів створюється дуже сильний електричне полі поблизу поверхні загостреноїтравлением вольфрамової зволікання дуже малого діаметра. Це полі буквально витягує мільярди електронів з зволікання це без будь-якого нагріву.Яркость такого джерела майже 10 000 разів більше, ніж джерела знагреваемой вольфрамової дротом, а генеровані їм електрони може бути сфокусовані в пучок діаметром менш 1 нм. Були навіть отримані пучки, діаметр яких близький до 0,2 нм.

>Автоелектронние джерела можуть працювати лише за умов надвисокої вакууму (при тисках нижчеПа), у яких повністю відсутні такі забруднення, як пари вуглеводнів та води, і поступово стає можливим отримання зображень з високим розрізненням. Завдяки такимсверхчистим умовам можна досліджувати процеси та явища, недоступніЭМ зі звичайними вакуумними системами.

Дослідження вРПЭМ проводяться на надтонких зразках.Электрони проходять крізь такі зразки майже без розсіювання.Электрони, розсіяні на кути більше кількох градусів без уповільнення, реєструються, потрапляючи на кільцевої електрод, розташований під зразком. Сигнал,снимаемий від цього електрода, залежить від атомного номери атомів у сфері, якою проходять електрони, – важчі атоми розсіюють більше електронів у бік детектора, ніж легкі. Якщо електронний пучок сфокусований в точку діаметром менш 0,5 нм, можна

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація