Будова РЕМ

Зовнішній вигляд сучасного растрового електронного мікроскопа наведений на рисунку 2.1. Прилад складається з таких основних блоків (див. рис. 2.2): електронно-оптичної системи (1), камери об’єкта (2), детекторної системи (3), блока побудови зображення (4),

Рисунок 2.1 – Зовнішній вигляд мікроскопа РЕММА 102-01 виробництва ВАТ „Selmi” (м. Суми)

вакуумної системи (5), високовольтного генератора (6), високостабільних блоків живлення лінз (7) та системи керування роботою приладу (8), які конструктивно розміщуються на основі (9).

Електронно-оптична система являє собою колону РЕМ, яка дає можливість сформувати пучок електронів, що характеризується такими параметрами:

- струм пучка i₃ (10^-12 - 10^-16 А);

- діаметр пучка d (5 нм - 1 мкм);

- розходження, або апертура, пучка β₀ (10^-4 - 10^-2 рад).

Традиційно колона мікроскопа (рис. 2.3) складається з електронно-променевої гармати, двох конденсорних та однієї об’єктивної лінз. Конденсорні лінзи формують пучок електронів, а об’єктивна фокусує його на зразок.

Рисунок 2.2 – Блок-схема растрового мікроскопа

Електронний пучок, сформований електронно-оптичною системою, входить у камеру об’єктів і потрапляє в певне місце на зразку. За рахунок пружного та непружного розсіювання електронів усередині області взаємодії виникають сигнали, які реєструються відповідними детекторами. Як детектор електронів, так і детектор рентгенівського випромінювання розміщуються нижче кінцевої лінзи. Вимірявши величину сигналу відповідним детектором, можна визначити певні властивості об’єкта. Таким чином, у точці падіння пучка ми визначаємо локальні властивості мішені з ділянки на поверхні, що є трохи більшою за розміром, ніж діаметр пучка, та за глибиною, що дорівнює розміру області взаємодії.

Для того щоб дослідити об’єкт загалом, потрібно або послідовно переміщати зразок під електронним пучком від точки до точки, або переміщати електронний пучок. Простіше реалізувати переміщення пучка, що отримало назву сканування. Сканування здійснюється за допомогою електромагнітних відхиляючих котушок, розміщених в об’єктивній лінзі (рис. 2.3). Котушки відхиляють пучок від оптичної осі об’єктива, завдяки чому він переміщується у часі через послідовне положення точок на зразку.

Рисунок 2.3 – Схема комбінованого приладу РЕММА: 1 - катод; 2 - фокусуючий електрод; 3 - анод; 4 - перша конденсорна лінза; 5 - друга конденсорна лінза; 6 - об'єктивна лінза; 7 - котушка подвійного відхилення; 8 - діафрагма для обмеження розміру пучка; 9 - твердотільний детектор для реєстрації відбитих електронів; 10 - зразок; 11 - детектор Еверхарта-Торнлі для реєстрації відбитих і вторинних електронів; 12 - детектор рентгенівського випромінювання; 13 - детектор катодолюмі-несценції; 14 - потенціометр для реєстрації струму електронів пучка, що поглинаються зразком; 15 - відеопідсилювач; 16 - електронно-променева трубка; 17 - генератор розгорток для керування збільшенням; 18 - до котушки подвійного відхилення.

Існує два види сканування. У випадку, коли пучок переміщується на певну фіксовану відстань від точки до точки, сканування має назву цифрового. Можливий і безперервний рух пучка за напрямком x – аналогове сканування. Після сканування впродовж координати x пучок переміщується на одну координату упродовж осі y, після чого знову сканує упродовж осі x і т. д. Аналогове і цифрове сканування дають один і той самий ефект, але цифрове сканування має перевагу, якщо для реєстрації інформації використовують комп’ютер. Розгортка електронно-променевої трубки (ЕПТ) відбувається синхронно зі скануванням пучка електронів по поверхні мішені. Це досягається завдяки тому, що відхиляючі котушки об’єктивної лінзи і відхиляючі котушки ЕПТ живляться від одного і того самого генератора розгортки (генератора пилкоподібної напруги). Таким чином, кожному положенню електронного пучка на зразку відповідає тільки одне, відповідне йому, положення пучка на екрані ЕПТ. Іншими словами, існує однозначна відповідність між кожною точкою (лінією) на зразку та кожною точкою (лінією) на екрані ЕПТ.

Вакуумні системи переважно виготовляються на основі пароструменевого високовакуумного і механічного форвакуумного насосів. Хоча для відкачування об’єму електронно-променевої гармати можуть застосовуватися магнітно-розрядні насоси (рис. 2.4).

Одним із головних вузлів приладу є камера, до якої поміщаються об’єкти для дослідження (рис 2.5). Столик, де розміщується зразок, забезпечує його тепловий і електричний контакт. Крім цього, точна механічна система камери дозволяє переміщати, нахиляти і повертати столик із зразком (забезпечується 4 ступені вільності).

Керування роботою сучасного електронного мікроскопа та реєстрація зображення здійснюються з використанням промислового комп’ютера (див. рис. 2.1).

Рисунок 2.4 – Ілюстрація використання магніторозрядного насоса для створення вакууму в об’ємі електронно-променевої гармати у мікроскопі JSM-840

а б

Рисунок 2.5 – Зовнішній (а) та внутрішній (б) вигляди камери об’єктів електронного мікроскопа JSM-840