Режим отраженных электронов

Неупругие столкновения с атомами вызывают ионизацию атомов и образование истинно вторичных электронов с энергией, меньшей 50 эВ, и максимумом распределения вблизи 5 эВ (рис.13). Спад выхода вторичных электронов в области больших энергий E0 обусловлен ростом глубины проникновения R с увеличением энергии. Доля вторичных электронов, рожденных в объеме образца и способных выйти на поверхность, при этом уменьшается. Металлы и полупроводники имеют коэффициенты вторичной эмиссии порядка единицы, для диэлектриков это величины в диапазоне (1,5 — 23). У металлов средняя длина свободного пробега вторичных электронов ~ 1 нм и максимальная глубина выхода ~ 5 нм, у диэлектриков — 5 и 50 нм соответственно, что объясняется взаимодействием вторичных электронов со свободными носителями в металлах. Потери энергии в диэлектриках обусловлены лишь рассеянием на фононах. Вторичные электроны могут возникать и за счет отраженных электронов, их доля составляет (20 — 70)% от общего числа вторичных электронов. Количество вторичных электронов существенно зависит от работы выхода из материала, влияние величины Zвыражено в меньшей степени, чем для отраженных электронов. Так, выход вторичных электронов из SiO2 больше, чем из Si(внутренняя работа выхода для SiO2 — 0,9 эВ, а для Si — 4,15 эВ).

Изображение на экране микроскопа формируется за счет вторичных и отраженных электронов. Сигнал поступает на детектор и после усиления — на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Развертка луча в ЭЛТ синхронизирована с разверткой первичного электронного луча РЭМ. Интенсивность электронного пучка в ЭЛТ модулируется сигналом, поступающим с образца. Поэтому изображение поверхности зависит от интенсивности отраженного электронного луча. Развертка луча электронов позволяет наблюдать на экране ЭЛТ определенную площадь образца.

Контраст определяется химическим составом образца и морфологией поверхности. При увеличении атомного номера элемента увеличивается коэффициент отражения электронов, поэтому области, содержащие элементы с большим Z, дают больший сигнал. Так, выход отраженных электронов для Au в 10 раз выше, чем для углерода. Контраст изображения вкраплений Al в Si составляет около 7%, т.е. такие включения вполне различимы. Области металлизации, окисла и Si легко различимы и на изображениях, сформированных вторичными электронами.

Для исследований на РЭМ используют вторичные электроны разных энергий (медленные и быстрые отраженные). Получаемые при этом изображения несут различную информацию и различаются по контрасту и разрешению. Механизм формирования контраста во вторичных и отраженных электронах, обусловленного морфологией поверхности, поясняет рис.14.

Для обеспечения необходимого контраста изображения Кток должен быть не меньше, чем

,

Подпись:  
Рис.14. Формирование морфологического контраста: а - быстрыми отраженными электронами; б - медленными вторичными электронами. 1 - первичный пучок; 2 - отраженные электроны; 3 - вторичные электроны; Д - детектор; С - сетка детектора
где ε — эффективность детектирования сигнала; tf — время сканирования пучком исследуемого участка. При низком контрасте изображения приходится использовать пучок большего диаметра, чтобы обеспечить ток Imin.

Пространственное разрешение изображения зависит от состава, ориентации поверхности, размеров участка поверхности и характеристик самого РЭМ. Диаметр пучка можно уменьшить уменьшением тока пучка и повышением его энергии. Диаметр электронного пучка при энергии 10 – 30 кэВ и токе I=1·10–11А составляет (4 – 13) нм.

Главное ограничение на пространственное разрешение связано с необходимостью обеспечить достаточный ток электронного пучка. Пространственное разрешение РЭМ меньше 10 нм, а глубина резкости (2 – 4) мкм при увеличении x104 и (0.2 – 0.4) мм при увеличении x102.

Линейное разрешение изображений, формируемых вторичными электронами, равно сумме диаметров первичного электронного пучка и области размытия в плоскости на глубине, равной длине свободного пробега электронов. Вторичные электроны могут быть возбуждены и отраженными электронами, что ухудшает разрешение.

Подпись:  
Рис.15. Принцип работы парного детектора: ДА и ДБ - твердотельные детекторы; О - объект, ниже - сигналы от детекторов ДА и ДБ, суммарный и разностный сигналы
1) Режим отраженных электронов

Если на сетку детектора подается отрицательный потенциал –50 В (рис.14,а), запирающий ток вторичных электронов низкой энергии, то сигнал определяется только быстрыми отраженными электронами. Максимальный сигнал дают электроны, отраженные от граней, расположенных под прямым углом к детектору. Изображение на экране очень контрастно, так как грани, направленные под отрицательным углом к детектору, не просматриваются вообще.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector