Типи контрастів у РЕМ

Стосовно РЕМ означення контрасту (С) можна сформулювати таким чином (див також (2.7)):

де S – інтенсивність сигналу, а 0 ≤ С≤ 1.

Формування зображення в РЕМ здійснюється за допомогою двох типів контрастів – залежного від атомного номера контрасту (інші назви: контраст хімічного складу, Z-контраст, де Z – порядковий номер елемента) та топографічного контрасту, які мають по два механізми або режими реалізації (у першому випадку також можна говорити про різновиди цих контрастів).

Перший механізм формування Z-контрасту реалізується за допомогою пружно відбитих електронів. Суть механізму пояснено на рис. 6.10. Спочатку розглянемо електронні потоки, які випромінюються за двох (1 і 2) положень електронного пучка, одноком-понентним зразком (рис. 6.10а).

Рисунок 6.10 – Механізм формування Z-контрасту пружно розсіяними електронами: а – однокомпонентний зразок; б – зразок із різним хімічним складом у точках 1 і 2

Оскільки, у цьому випадку концентрації відбитих (n_ПВЕ) і вторинних (n_ВЕ) електронів однакові, тобто

то контраст між точками 1 і 2 не спостерігається, і це означає, що хімічний склад зразка в цих точках одинаковий, тобто

Z₁=Z₂.

Розглянемо неоднокомпонентний зразок, коли в точках 1 і 2 різний хімічний склад (уявити модельно такий зразок можна, допустивши, що в одній його половині Z₁ елемент, а в другій – Z₂ елемент). Фізична суть Z-контрасту полягає в тому, що число відбитих електронів монотонно збільшується при збільшенні Z, а число вторинних електронів не сильно залежить від Z (у тому випадку, коли має місце така залежність, можна говорити про різновид Z-контрасту). Тоді ми можемо записати

Як відмічалося, кількість відбитих електронів збільшується при збільшенні Z, то на мікрознімках області із великими номерами Z будуть більш світлі порівняно із областями з малими значеннями Z.

Виходячи із означення контрасту, можна записати

~

тобто експериментально цей тип контрасту реалізується шляхом віднімання сигналів, які надходять із двох точок.

Другий механізм (режим) формування Z-контрасту, пов'язаний із вторинними електронами, називається ”режим вторинних електронів”. Він реалізується у тому випадку, коли n_ВЕ помітно залежить від Z (це можна трактувати як виняток). Характерною особливістю є те, що при цьому режимі у формуванні контрасту беруть участь і розсіяні електрони (хоча назва “Z-контраст від ВЕ” не відображає цієї обставини). Якщо порівняти зображення в РЕМ, отримане при використанні ВЕ і ПРЕ, то воно буде набагато якісніше порівняно із зображенням, отриманим лише за допомогою ПРЕ.

На мікрознімках, які будуть подані нижче, цей ефект ілюструється.

Розглянемо фізичну природу топографічного контрасту. Як і у випадку Z-контрасту, він також може бути реалізований у режимах або лише розсіяних електронів, або розсіяних і вторинних. Якщо при формуванні Z-контрасту використовується залежність n_ПРЕ n_ВЕ від Z, то у випадку топографічного контрасту використовується інша залежність – n_ПРЕ і n_ВЕ від кута падіння первинного пучка. Топографічний контраст найбільш часто зустрічається в РЕМ загального призначення. У формування зображення за допомогою цього виду контрасту дають внесок такі ефекти:

– загальний коефіцієнт відбиття монотонно зростає залежно від кута нахилу пучка первинних електронів; цей ефект обумовлює компоненту топографічного контрасту, спричинену кількістю електронів;

– кутовий розподіл електронів залежить від нахилу зразка; цей ефект обумовлює траєкторну компоненту топографічного контрасту в режимі відбитих електронів;

– повний коефіцієнт емісії ВЕ змінюється залежно від кута нахилу поверхні таким чином, що на нахилених ділянках поверхні зразка утворюється більше ВЕ, ніж на перпендикулярних до пучка первинних електронів; цей ефект обумовлює компоненту, залежну від кількості електронів.

Топографічний контраст у режимі відбитих електронів має різний характер (складається в основному із світлих та темних ділянок і в дуже малій кількості проміжного (сірого) кольору ділянок).

Добавка ВЕ призводить до появи деякого сигналу, що згладжує різкий контраст у попередньому режимі формування контрасту. Крім того, добавка ВЕ дає більшу інформацію з точки зору топографії (дозволяє вияснити, чи є та чи інша неоднорідність випуклістю або западиною).