SlideShare a Scribd company logo
1 of 12
Download to read offline
Растровая электронная микроскопия – РЭМ scanning electron microscope   ( SEM ).  Наилучшее разрешение РЭМ порядка 5÷10 нм  примерно на порядок хуже, чем у современного просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), зато РЭМ обладает глубиной резкости 0.6—0.8  мм,  что примерно на два порядка больше, чем у оптического и других электронных микроскопов.  Разрешающая способность РЭМ определяется:  1 - площадью сечения или диаметром электронного луча ( d ) в месте его взаимодействия с образцом, 2 - контрастом, создаваемым образцом и детекторной системой, 3 - областью генерации сигнала в образце.  Диаметр пучка в основном зависит  от конструктивных особенностей и качества узлов микроскопа и прежде всего электронной оптики. В современных РЭМ достигнуто высокое совершенство компонентов конструкции, что позволило уменьшить  диаметр зонда до 5÷10 нм.   Контраст зависит от нескольких факторов : топографии поверхности, химического состава объекта, поверхностных локальных магнитных и электрических полей, кристаллографической ориентации элементов структуры. Важнейшими из них являются топографический, зависящий от неровностей поверхности образца, а также композиционный, зависящий от химического состава.
Области сигналов и пространственное разрешение при облучении поверхности объекта сфокусированным пучком  электронов диаметром  d .  Области генерации:  1 – Оже-электронов,  2 – вторичных электронов (9),  3 – отраженных электронов (10),  4 – характеристического рентгеновского излучения (7),  5 – тормозного рентгеновского излучения (8),  6 – катодолюминесценции (флуоресценции).  Схема генерации различных излучений при воздействии электронного пучка на образец
Излучение рентгеновских трубок: линия  MgK  –  1254  эВ линия  AlK  –  1487  эВ Характеристическое рентгеновское излучение – на примере рентгеновских трубок с анодом из  Mg  и А l
Электронная оптика.  Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое – оптическими линзами. Принцип действия магнитной линзы поясняется схемой (рис. 1). Магнитное поле, создаваемое витками катушки, по которой проходит ток, действует как собирающая линза, фокусное расстояние которой можно изменять, изменяя ток. Поскольку оптическая сила такой линзы, т.е. способность фокусировать электроны, зависит от напряженности магнитного поля вблизи оси, для ее увеличения желательно сконцентрировать магнитное поле в минимально возможном объеме. Практически это достигается тем, что катушку почти полностью закрывают магнитной «броней» из специального никель-кобальтового сплава, оставляя лишь узкий зазор в ее внутренней части.   Рис. 1. МАГНИТНАЯ ЛИНЗА . Витки провода, по которым проходит ток, фокусируют пучок электронов так же, как стеклянная линза фокусирует световой пучок.
Схема РЭМ растрового электронного микроскопа: 1 – катод, 2- цилиндр Венельта,  3- анод,  4 -конденсорные линзы,  5 – катушки двойного отклонения (по Х  и  Y ),  6 – объективная линза (линза – объектив),  7 – коллектор детектора эмитированных электронов, 8 – сцинтиллятор, 9 – световод,  10 – фотоумножитель  с усилителем,  11- электронно-лучевая трубка (или монитор компьютера в современных РЭМ),  12- генератор развертки,  13 – блок управления увеличением,  14 – выход сигнала  к катушке двойного отклонения. Увеличение РЭМ определяется соотношением  M/n  ( которое может быть от 10÷50000)   .
В РЭМ в качестве детектора вторичных электронов используется детектор Эверхарта-Торнли.  Схема детектора представлена на рисунке. Коллектор 1 имеет положительный потенциал, приблизительно +250 В, благодаря чему траектории вторичных электронов искривляются и они попадают в коллектор. На первичные и отраженные электроны, имеющие высокие значения энергии, этот потенциал существенного влияния не оказывает. Вследствие ускорения вторичные электроны получают достаточную энергию, чтобы вызвать световое излучение материала сцинтиллятора, которое по световоду 2 попадает на фотоумножитель 4, где преобразуется в электрический сигнал. Мощность этого сигнала и, следовательно, яркость соответствующей точки на экране при использовании вторичных электронов определяется топографическим контрастом. Характерная особенность топографического контраста в РЭМ - повышенная яркость изображения острых вершин и выступов рельефа поверхности образца, вызывается увеличением выхода электронов с этих участков.
Формирование контраста изображения в РЭМ за счет зависимости выхода вторичных электронов от угла падения пучка зонда на поверхность .
Для регистрации отраженных электронов  могут использоваться различные типы детекторов, в том числе и детектор Эверхарта-Торнли, но с некоторым изменением. Это вызвано тем, что отраженные электроны имеют высокую энергию, движутся прямолинейно, не отклоняясь электрическим полем в отличие от вторичных электронов. Поэтому нет необходимости использовать в детекторе высокие напряжения и, следовательно, коллектор. Эффективность сбора отраженных электронов зависит от угла наклона детектора к поверхности генерации электронов и расстояния между ними.  Получение изображения в отраженных электронах вызвано тем, что эмиссия этих электронов зависит от порядкового номера химического элемента. Поэтому, например, на плоской поверхности образца участок материала с более высоким средним порядковым номером атомов отражает большее количество электронов. Он выглядит на экране  более светлым относительно других участков образца. Полученный контраст называют композиционным.  В том случае, когда поверхность образца имеет ярко выраженные неровности, то дополнительно к композиционному возникает топографический контраст. Для разделения композиционного и топографического контрастов применяют два детектора отраженных электронов Эверхарта-Торнли.
На рис приведен пример разделения контрастов. В случае сложения сигналов детекторов  D 1  и  D 2  усиливается композиционный и устраняется топографический контраст. При вычитании сигналов аннулируется композиционный и усиливается топографический контраст .
Большая глубина фокуса и высокая разрешающая способность РЭМ позволяют использовать стереоскопическую съемку для получения объемного изображения микрорельефа Для этого получают 2  РЭМ-изображеня одного и того же участка образца, наклоненного под разными углами (5-10 гр).
Изображения алмазноподобных пленок на подложке из никеля, полученные с помощью РЭМ  а  – начальная формирования стадия формирования микрокристаллов на подложке из никеля, б  – поликристаллическая алмазная пленка, выращенная на подложке из кремния, в - РЭМ изображение поперечного сечения той же пленки, что и на рисунке  б , .
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

More Related Content

What's hot

нанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
нанофотоника. Дюделев Владислав Викторовичнанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
нанофотоника. Дюделев Владислав ВикторовичШкольная лига РОСНАНО
 
Femtotechnologies. step i atom hydrogen. alexander ilyanok
Femtotechnologies.  step i   atom hydrogen. alexander ilyanokFemtotechnologies.  step i   atom hydrogen. alexander ilyanok
Femtotechnologies. step i atom hydrogen. alexander ilyanokAlexander Ilyanok
 
5.методы исследования наноразмерных систем
5.методы исследования наноразмерных систем5.методы исследования наноразмерных систем
5.методы исследования наноразмерных системYerin_Constantine
 
2.нанокластеры и наночастицы
2.нанокластеры и наночастицы2.нанокластеры и наночастицы
2.нанокластеры и наночастицыYerin_Constantine
 
Mass spektrometria
Mass spektrometriaMass spektrometria
Mass spektrometriaKamilyaka
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
Патент на полезную модель Республики БеларусьПатент на полезную модель Республики Беларусь
Патент на полезную модель Республики БеларусьИван Иванов
 
Коммерческие предложения
Коммерческие предложенияКоммерческие предложения
Коммерческие предложенияKuzminStepan
 
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...ITMO University
 
Актуальные проблемы современной физики
Актуальные проблемы современной физикиАктуальные проблемы современной физики
Актуальные проблемы современной физикиAlianta INFONET
 

What's hot (20)

Garifzyanov
GarifzyanovGarifzyanov
Garifzyanov
 
лекция 26
лекция 26лекция 26
лекция 26
 
нанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
нанофотоника. Дюделев Владислав Викторовичнанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
нанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
 
824
824824
824
 
Femtotechnologies. step i atom hydrogen. alexander ilyanok
Femtotechnologies.  step i   atom hydrogen. alexander ilyanokFemtotechnologies.  step i   atom hydrogen. alexander ilyanok
Femtotechnologies. step i atom hydrogen. alexander ilyanok
 
7016
70167016
7016
 
10300
1030010300
10300
 
5.методы исследования наноразмерных систем
5.методы исследования наноразмерных систем5.методы исследования наноразмерных систем
5.методы исследования наноразмерных систем
 
лекция 5 в14
лекция 5 в14лекция 5 в14
лекция 5 в14
 
7253
72537253
7253
 
2.нанокластеры и наночастицы
2.нанокластеры и наночастицы2.нанокластеры и наночастицы
2.нанокластеры и наночастицы
 
10337
1033710337
10337
 
Mass spektrometria
Mass spektrometriaMass spektrometria
Mass spektrometria
 
6923
69236923
6923
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
Патент на полезную модель Республики БеларусьПатент на полезную модель Республики Беларусь
Патент на полезную модель Республики Беларусь
 
Коммерческие предложения
Коммерческие предложенияКоммерческие предложения
Коммерческие предложения
 
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...
КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА МАКРО- И МИКРООБРАЗЦОВ В БЛИЖНЕМ ИНФРАКР...
 
катречко 20.10.2017
катречко 20.10.2017катречко 20.10.2017
катречко 20.10.2017
 
8
88
8
 
Актуальные проблемы современной физики
Актуальные проблемы современной физикиАктуальные проблемы современной физики
Актуальные проблемы современной физики
 

Similar to Растровая электронная микроскопия

ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.
ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.
ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.Tengiz Sharafiev
 
Кристине
КристинеКристине
КристинеGulad Tro
 
презентация
презентацияпрезентация
презентацияstudent_kai
 
Fotoeffect Gerz
Fotoeffect GerzFotoeffect Gerz
Fotoeffect GerzSergio757
 
магнетрон
магнетронмагнетрон
магнетронPetr Fisenko
 
Способ концентрации солнечного излучения
Способ концентрации солнечного излученияСпособ концентрации солнечного излучения
Способ концентрации солнечного излученияМихаил Кирилин
 
задание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решениязадание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решенияZhanna Kazakova
 
конструкция сзм
конструкция сзмконструкция сзм
конструкция сзмYerin_Constantine
 
урок по теме фотоэффект
урок по теме фотоэффектурок по теме фотоэффект
урок по теме фотоэффектbnataliya
 
ионно лучевая литография
ионно лучевая литографияионно лучевая литография
ионно лучевая литографияstudent_kai
 
ПЭЭМ и ПИМ. Презентация
ПЭЭМ и ПИМ. ПрезентацияПЭЭМ и ПИМ. Презентация
ПЭЭМ и ПИМ. ПрезентацияTengiz Sharafiev
 
тээмп суперконденсаторы, брошюра
тээмп   суперконденсаторы, брошюратээмп   суперконденсаторы, брошюра
тээмп суперконденсаторы, брошюраEcolife Journal
 
урок э м волны
урок э м волныурок э м волны
урок э м волныKuzLoz86
 
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...DigitalSubstation
 
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...Иван Иванов
 

Similar to Растровая электронная микроскопия (20)

ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.
ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.
ПЭЭМ и ПИМ. Конспект лекции.
 
Кристине
КристинеКристине
Кристине
 
презентация
презентацияпрезентация
презентация
 
лекция 28
лекция 28лекция 28
лекция 28
 
Fotoeffect Gerz
Fotoeffect GerzFotoeffect Gerz
Fotoeffect Gerz
 
7217
72177217
7217
 
магнетрон
магнетронмагнетрон
магнетрон
 
Способ концентрации солнечного излучения
Способ концентрации солнечного излученияСпособ концентрации солнечного излучения
Способ концентрации солнечного излучения
 
задание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решениязадание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решения
 
7345
73457345
7345
 
Suai 9
Suai 9Suai 9
Suai 9
 
конструкция сзм
конструкция сзмконструкция сзм
конструкция сзм
 
урок по теме фотоэффект
урок по теме фотоэффектурок по теме фотоэффект
урок по теме фотоэффект
 
ионно лучевая литография
ионно лучевая литографияионно лучевая литография
ионно лучевая литография
 
ПЭЭМ и ПИМ. Презентация
ПЭЭМ и ПИМ. ПрезентацияПЭЭМ и ПИМ. Презентация
ПЭЭМ и ПИМ. Презентация
 
лекция 25
лекция 25лекция 25
лекция 25
 
тээмп суперконденсаторы, брошюра
тээмп   суперконденсаторы, брошюратээмп   суперконденсаторы, брошюра
тээмп суперконденсаторы, брошюра
 
урок э м волны
урок э м волныурок э м волны
урок э м волны
 
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...
Магнитооптический измерительный 
преобразователь тока 
и электрооптический из...
 
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...
методическая разработка к выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине...
 

Растровая электронная микроскопия

  • 1. Растровая электронная микроскопия – РЭМ scanning electron microscope ( SEM ). Наилучшее разрешение РЭМ порядка 5÷10 нм примерно на порядок хуже, чем у современного просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), зато РЭМ обладает глубиной резкости 0.6—0.8 мм, что примерно на два порядка больше, чем у оптического и других электронных микроскопов. Разрешающая способность РЭМ определяется: 1 - площадью сечения или диаметром электронного луча ( d ) в месте его взаимодействия с образцом, 2 - контрастом, создаваемым образцом и детекторной системой, 3 - областью генерации сигнала в образце. Диаметр пучка в основном зависит от конструктивных особенностей и качества узлов микроскопа и прежде всего электронной оптики. В современных РЭМ достигнуто высокое совершенство компонентов конструкции, что позволило уменьшить диаметр зонда до 5÷10 нм. Контраст зависит от нескольких факторов : топографии поверхности, химического состава объекта, поверхностных локальных магнитных и электрических полей, кристаллографической ориентации элементов структуры. Важнейшими из них являются топографический, зависящий от неровностей поверхности образца, а также композиционный, зависящий от химического состава.
  • 2. Области сигналов и пространственное разрешение при облучении поверхности объекта сфокусированным пучком электронов диаметром d . Области генерации: 1 – Оже-электронов, 2 – вторичных электронов (9), 3 – отраженных электронов (10), 4 – характеристического рентгеновского излучения (7), 5 – тормозного рентгеновского излучения (8), 6 – катодолюминесценции (флуоресценции). Схема генерации различных излучений при воздействии электронного пучка на образец
  • 3. Излучение рентгеновских трубок: линия MgK  – 1254 эВ линия AlK  – 1487 эВ Характеристическое рентгеновское излучение – на примере рентгеновских трубок с анодом из Mg и А l
  • 4. Электронная оптика. Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое – оптическими линзами. Принцип действия магнитной линзы поясняется схемой (рис. 1). Магнитное поле, создаваемое витками катушки, по которой проходит ток, действует как собирающая линза, фокусное расстояние которой можно изменять, изменяя ток. Поскольку оптическая сила такой линзы, т.е. способность фокусировать электроны, зависит от напряженности магнитного поля вблизи оси, для ее увеличения желательно сконцентрировать магнитное поле в минимально возможном объеме. Практически это достигается тем, что катушку почти полностью закрывают магнитной «броней» из специального никель-кобальтового сплава, оставляя лишь узкий зазор в ее внутренней части. Рис. 1. МАГНИТНАЯ ЛИНЗА . Витки провода, по которым проходит ток, фокусируют пучок электронов так же, как стеклянная линза фокусирует световой пучок.
  • 5. Схема РЭМ растрового электронного микроскопа: 1 – катод, 2- цилиндр Венельта, 3- анод, 4 -конденсорные линзы, 5 – катушки двойного отклонения (по Х и Y ), 6 – объективная линза (линза – объектив), 7 – коллектор детектора эмитированных электронов, 8 – сцинтиллятор, 9 – световод, 10 – фотоумножитель с усилителем, 11- электронно-лучевая трубка (или монитор компьютера в современных РЭМ), 12- генератор развертки, 13 – блок управления увеличением, 14 – выход сигнала к катушке двойного отклонения. Увеличение РЭМ определяется соотношением M/n ( которое может быть от 10÷50000) .
  • 6. В РЭМ в качестве детектора вторичных электронов используется детектор Эверхарта-Торнли. Схема детектора представлена на рисунке. Коллектор 1 имеет положительный потенциал, приблизительно +250 В, благодаря чему траектории вторичных электронов искривляются и они попадают в коллектор. На первичные и отраженные электроны, имеющие высокие значения энергии, этот потенциал существенного влияния не оказывает. Вследствие ускорения вторичные электроны получают достаточную энергию, чтобы вызвать световое излучение материала сцинтиллятора, которое по световоду 2 попадает на фотоумножитель 4, где преобразуется в электрический сигнал. Мощность этого сигнала и, следовательно, яркость соответствующей точки на экране при использовании вторичных электронов определяется топографическим контрастом. Характерная особенность топографического контраста в РЭМ - повышенная яркость изображения острых вершин и выступов рельефа поверхности образца, вызывается увеличением выхода электронов с этих участков.
  • 7. Формирование контраста изображения в РЭМ за счет зависимости выхода вторичных электронов от угла падения пучка зонда на поверхность .
  • 8. Для регистрации отраженных электронов могут использоваться различные типы детекторов, в том числе и детектор Эверхарта-Торнли, но с некоторым изменением. Это вызвано тем, что отраженные электроны имеют высокую энергию, движутся прямолинейно, не отклоняясь электрическим полем в отличие от вторичных электронов. Поэтому нет необходимости использовать в детекторе высокие напряжения и, следовательно, коллектор. Эффективность сбора отраженных электронов зависит от угла наклона детектора к поверхности генерации электронов и расстояния между ними. Получение изображения в отраженных электронах вызвано тем, что эмиссия этих электронов зависит от порядкового номера химического элемента. Поэтому, например, на плоской поверхности образца участок материала с более высоким средним порядковым номером атомов отражает большее количество электронов. Он выглядит на экране более светлым относительно других участков образца. Полученный контраст называют композиционным. В том случае, когда поверхность образца имеет ярко выраженные неровности, то дополнительно к композиционному возникает топографический контраст. Для разделения композиционного и топографического контрастов применяют два детектора отраженных электронов Эверхарта-Торнли.
  • 9. На рис приведен пример разделения контрастов. В случае сложения сигналов детекторов D 1 и D 2 усиливается композиционный и устраняется топографический контраст. При вычитании сигналов аннулируется композиционный и усиливается топографический контраст .
  • 10. Большая глубина фокуса и высокая разрешающая способность РЭМ позволяют использовать стереоскопическую съемку для получения объемного изображения микрорельефа Для этого получают 2 РЭМ-изображеня одного и того же участка образца, наклоненного под разными углами (5-10 гр).
  • 11. Изображения алмазноподобных пленок на подложке из никеля, полученные с помощью РЭМ а – начальная формирования стадия формирования микрокристаллов на подложке из никеля, б – поликристаллическая алмазная пленка, выращенная на подложке из кремния, в - РЭМ изображение поперечного сечения той же пленки, что и на рисунке б , .
  • 12.