Растровые электронные микроскопы.

Растровые электронные микроскопы (РЭМ) основываются на исследовании излучений, возникающих при взаимодействии элек­тронного зонда с исследуемым объектом (рис. 1.34).

Рис. 1.34. Схема регистрации излучений в РЭМ: 1 — первичный пучок элект­ронов; 2 — детектор вторичных электронов; 3 — детектор рентгеновского излу­чения; 4 — детектор отраженных электронов; 5 — детектор оже-электронов; 6 — детектор светового излучения; 7 — детектор прошедших электронов; 8 — прибор регистрации тока прошедших электронов; 9 — прибор регистрации то­ка поглощенных в объекте электронов; 10 — прибор регистрации наведенное потенциала.

В процессе взаимодействия пучка электронов с веществом объекта возникают следующие основные виды излучений: вторичные, отраженные электроны, оже-электроны, тормозное рентгеновское излучение, рентгеновское характеристическое излучение, световое излучения, все эти виды излучения регистрируются, преобразуются в элект­рические сигналы, усиливаются и подаются на модулятор элект­ронно-лучевой трубки или дисплей другого типа. Развертка пучка дисплея синхронизируется с разверткой электронного зонда. В результате на дисплее формируется увеличенное изображение объ­екта, а также локальное распределение химического состава, на­личие р— п -переходов; возможно проведение одновременно рентге­ноструктурного анализа, спектрального анализа и т. п. Высокая разрешающая способность РЭМ реализуется при формировании изображения с использованием вторичных электронов.

Одновременно изображение можно получить с помощью отра­женных электронов. Характеристическое рентгеновское излучение позволяет проверить спектрометрическое исследование объекта, ло­кальный количественный анализ.

Растровые оже-электронные микроскопы (РОЭМ) позволяют исследовать свойства оже-электронов и выявить распределение хи­мических элементов в поверхностном слое объекта.

Разработаны просвечивающие растровые электронные микро­скопы (ПРЭМ), которые позволяют исследовать непосредственно более толстые образцы, чем в ПЭМ.

Поиски в электронной микроскопии ведутся в области создания электронных голографических систем с целью формирования объем­ного изображения объектов.

В соответствии с квантово-механической теорией, движение электрона массы т и импульса p — mv(v — скорость электрона) описывается плоской монохроматической волной де Бройля: λ=h/p=h/(mv), где h — постоянная Планка. В ускоряющем электрическом поле приобретенная энергия qU = mv²/ 2, где U — постоянная разность потенциалов. Подставляя в уравнение для вол­ны де Бройли, имеем

Релятивистская поправка на изменение массы существенна при U > 10⁵ В. Под медленными электронами будем понимать электро­ны, энергии которых лежат в пределах сотой эВ, а значение λ того же порядка, что и у рентгеновского излучения. Электроны с энер­гией в десятки кэВ соответствуют длине волны γ -излучения. Такие электроны называют быстрыми. В табл. 1.1 приведены значения λдля различных U.

Заметим, что при напряжении 100 В - 150 В соответствующий раз­мер длины волны порядка размера атомов или межатомных рассто­яний.

Такие медленные электроны использовали в свое время лауреат Нобелевской премии за открытие дифракции электронов на кристаллах К. Дэвиссон и Л. Джермер при исследовании дифракции электронов на гранях монокристалла.

В отличии от рентгеновских лучей, которые рассеиваются на электронной плотности атомов, рассеивание электронов опреде­ляется их взаимодействием с электрическими полями атомов. Эти поля создаются как положительно заряженными ядрами, так и электронными оболочками атомов, поэтому рассеивание электронов зависит от атомного строения вещества. У различных химических элементов рассеивание электронов различно.

Амплитуда атомного рассеивания электронов f_э(θ) пропорцио­нальна атомному номеру элемента Z и определяется как

где:

константа

fp – атомная амплитуда рассеяния рентгеновских лучей.

С ростом θ — угла, под которым на­блюдается дифракционный максимум, значения f_э(θ) падает:

Атомная амплитуда рассеивания пучка определяется как f_э(θ)². Электроны взаимодействуют с атомами на три порядка сильнее, чем рентгеновское излучение, и поэтому, амплитуда рассеивания элект­ронов более чем на три порядка превышает амплитуду рассеивания рентгеновских лучей.

---

Дата добавления: 2015-10-28