Растровый электронный микроскоп (стр. 4 из 5)

4 Подготовка объектов для исследований и особые требования к ним

На РЭМ могут исследоваться как шлифы, так и поверхности объектов без предварительной подготовки. Изготовление шлифов к исследованию в РЭМ в общем осуществляется так же как и для светомикроскопического исследования. Однако есть и некоторые особенности. Большая глубина резкости изображения в РЭМ позволяет получать дополнительную информацию, проводя глубокое травление шлифов. В то же время при получении изображений в отраженных электронах шлифы травлению не подвергаются. Размеры образцов для РЭМ определяются габаритами камеры микроскопа. Образцы должны быть электропроводящими. Для обеспечения их хорошего электрического контакта с предметным столиком и для фиксации образцов при наклоне стола используют специальные токопроводящие клеи. При исследовании непроводящих ток материалов-диэлектриков на их поверхность наносится напылением тонкая пленка электропроводников – золото, графит и т.д. При работе с органическими материалами нужно учитывать, что при длительном контакте зонда с образцом возможно его термическое разрушение.

Перед испытанием образцы должны быть тщательно очищены, чтобы не образовывались газообразные продукты, затрудняющие получение требуемого вакуума при откачке микроскопа и загрязняющие его колонну. Рекомендуется проводить очистку образцов в различных растворителях с использованием ультразвука. При проведении топографических исследований нельзя допускать окисления поверхностей излома.

5 Технические возможности растрового электронного микроскопа

Электронный микроскоп позволяет:

1. Непосредственно исследовать большие площади поверхностей на массивных образцах и даже деталях в широком диапазоне увеличений от 10 до 50000 и выше с достаточно высоким разрешением. При этом не требуется как для ПЭМ выполнение сложных и длительных операций по изготовлению специальных объектов – реплик, прозрачных для электронного луча. Исключается возможность погрешностей вследствие деформации реплик при снятии их с объекта и под действием электронного луча.

2. На РЭМ можно исследовать общий характер структуры всей поверхности объекта при малых увеличениях и детально изучить любой интересующий исследователя участок при больших увеличениях. При этом отпадает необходимость в разработке специальных прицельных методов. Нужно также иметь ввиду, что изображение будет точно сфокусировано, когда область зондирования пучком на образце меньше, чем размер элемента изображения. Переход от малых увеличений к большим на РЭМ осуществляется быстро и просто. Возможность быстрого изменения увеличения в процессе работы микроскопа от 10 до 50000 позволяет легко устанавливать полезное увеличение. Оно определяется как

М_пол =

где d – диаметр соответствующего элемента изображения в мкм.

3. РЭМ имеет большую глубину фокуса, что позволяет наблюдать объемное изображение структуры с возможностью ее количественной оценки. Создаются условия прямого изучения структуры поверхностей с сильно развитым рельефом.

4. РЭМ обычно снабжен микроанализаторами химического состава, что позволяет получать более полную информацию о поверхности изделия.

6 Современные виды РЭМ

Растровые электронные микроскопы JEOL

1. JEOL JSM-7700F относится к растровым электронным микроскопам с автоэмиссионным катодом

Новый РЭМ JSM-7700F (рис. 9) – единственный коммерческий РЭМ, электронная оптическая система которого обеспечивает коррекцию и хроматической и сферической абберации. Кроме того, этот прибор имеет разрешение 0.6 нм на ускоряющем напряжении 5 кВ, что открывает новые возможности для исследования вещества на наноуровне. JSM-7700F специально оптимизирован для работы на низких ускоряющих напряжениях, что особенно актуально для полупроводниковой промышленности.

Рисунок 9 – Растровый электронный микроскоп JSM-7700F

Основные характеристики:

· разрешение: 0,6 нм (при 5 кВ), 1,0 нм (при 1 кВ)

· ускоряющее напряжение: от 0,1 до 4,9 кВ (с шагом 10 В), от 5 до 30 кВ с шагом (100 В)

· увеличение: от х25 до х2 000 000

2. JEOL JSM-7401F (рис. 10) относится к растровым электронным микроскопам с автоэмиссионным катодом

Эта модель растрового электронного микроскопа с автоэмиссионным катодом оснащена абсолютно новыми разработками фирмы JEOL: системой «Gentle Beam» и R-фильтром. Система «Gentle Beam» предназначена для наблюдения тонкой структуры поверхности образца и предполагает получение изображений высокого разрешения даже при очень низких энергиях электронов (вплоть до 0,1 кВ). R-фильтр дает возможность произвольно смешивать сигналы обратно-рассеянных и вторичных электронов, что позволяет наблюдать изображения в любых режимах от топографического до композиционного контраста.

Рисунок 10 – Растровый электронный микроскоп JSM-7401F

Основные характеристики:

· разрешение: 1,0 нм (при 15 кВ), 1,5 нм (при 1 кВ)

· ускоряющее напряжение: от 0,1 до 30 кВ

· увеличение: от х25 до х1000000

3. JEOL JSM-7000F относится к растровым электронным микроскопам с автоэмиссионным катодом

Новейший РЭМ JEOL JSM-7000F (рис. 11) позволяет получать изображения с очень высоким разрешением. Он оснащен многоцелевой камерой образцов со шлюзом для быстрой смены образцов, автоматическим моторизованным столиком и функионально наполненным программным обеспечением. При этом он имеет совершенную геометрию оптической колонны, обеспечивающую большой ток зонда (до 200 нА) при его минимальном диаметре, что делает этот прибор идеальным для работы с приставками EDS, WDS, EBSP и CL.

Основные характеристики:

· разрешение: 1,2 нм (при 30 кВ) и 3,0 нм (при 1 кВ)

· ускоряющее напряжение: от 0,5 до 2,9 кВ (с шагом 10 В), от 3 до 30 кВ с шагом (100 В)

· увеличение: от х10 до х500 000

Рисунок 11 – Растровый электронный микроскоп JSM-7000F

4. Серия JEOL JSM-6490/JSM-6490LV – это растровые электронные микроскопы с большой камерой образцов.

Новейшие приборы серии JSM-6490 (рис. 12) – надежные и неприхотливые растровые электронные микроскопы с гарантированным разрешением 3 нм. Модель JSM-6490LV оснащена системой низкого вакуума, позволяющей наблюдать водонасыщенные или непроводящие образцы без напыления. Эвцентрический столик образцов, которым комплектуются эти приборы, позволяет изучать объекты диаметром до 8 дюймов.

Рисунок 12 – Растровый электронный микроскоп JSM-6490

Основными особенностями приборов этой серии являются:

· термоэмиссионная пушка с вольфрамовым или LaB6 катодом

· автоматическая настройка для типовых образцов

· подуманный и компактный дизайн

· полностью настраиваемый интерфейс программного обеспечения

· супер-коническая объективная линза

· полностью автоматическая вакуумная система

Растровый электронный микроскоп МикроСкан МС20

Растровый электронный микроскоп серии МикроСкан МС20 (рис. 13) является малогабаритным, полностью компьютеризированным прибором второго поколения и имеет следующие модификации:

· МС20.1 – РЭМ общего применения (базовая модель);

· МС20.2 – РЭМ – микролитограф;

· МС20.3 – измерительный РЭМ для диагностики и количественных измерений параметров микроструктур;

· МС20.4 – РЭМ для катодолюминесценции (КЛ) и КЛ – спектроскопии;

· МС20.5 –РЭМ для измерения линейных размеров;

· МС20.6 - низковакуумный РЭМ для биологии и медицины;

Рисунок 13 – Растровый электронный микроскоп серии МикроСкан МС20

Основные технические характеристики базовой модели приведены в таблице 2

Таблица 2 – Основные технические характеристики базовой модели:

Разрешающая способность в режиме ВЭ	5–10 нм
Рабочий отрезок	5–40 мм
Диапазон ускоряющих напряжений	0.1–30 кВ
Диапазон увеличений	10–300 000 крат
Диапазон тока пучка	1пА–1мкА
Перемещение объекта по осям x, y, мм	X= ± 40 мм, Y= ± 40 мм, Т= от –5 до +60°, R=360°, Z= 8 до 35 мм
Время получения рабочего вакуума	20 мин
Готовность прибора к работе после смены объекта	5 мин
Потребляемая мощность	220 В (± 10%), 50/60 Гц, 2 кВА
Водяное охлаждение	2 л/мин, давление: от 0,05 до 0,2 МПа, температура: 20 °С ± 5 °С
Размеры главной консоли прибора (длина, ширина, высота)	650 х 650 х 850 мм
Масса	200 кг

РЭМ выполнен по модульному принципу, что позволяет при комплектации и замене соответствующих модулей (вакуумная система, электронная оптика, детекторы) создавать специализированные приборы по ТЗ заказчика. Например, имеется возможность оснащения МС20 энергодисперсионным спектрометром фирмы Grasham Instr. (Великобритания), столом объектов фирмы Delong Instruments (Чешская Республика) и другими импортными комплектующими

Блок электроники (БЭ) МС20 состоит из двух основных частей – ВКУ и управляющей электроники колонны. Электроника колонны позволяет управлять пушкой, источником высокого напряжения, линзами, стигматорами, и различными юстировочными катушками и вспомогательными элементами. К последним относятся, управляемые источники 1 КВ управления усилением ФЭУ, 12 кВ на сцинтиллятор, +/- 300 В для питания сетки.

БЭ предназначен для управления всеми функциями РЭМ, включая: управление электронным пучком РЭМ, съемом полученного изображения по двум каналам, может использоваться для модернизации существующих РЭМ и вместе с программным обеспечением "МС_Скан" (ScreenShot – 1600x1200, ScreenShot – 800x600) реализует следующие функциональные возможности: