Растровая электронная микроскопия

Сущность метода состоит в том, что поверхность массивного образца облучается тонко сфокусированным (диаметром до 5−10 нм) пучком электронов — так называемым электронным зондом. Пучок электронов совершает возвратно-поступательное движение по линии или развертывается в растр — совокупность близко расположенных параллельных линий, вдоль которых пучок электронов обегает выбранный для исследования участок поверхности.

В каждой точке облучаемой поверхности происходит взаимодействие электронов пучка 1 с веществом, в результате чего возникает ряд эффектов: образуются отраженные электроны 3, вторичные электроны 4, рентгеновское 7 и другие излучения (см. рис. 3, где 1 — электронный пучок; 2 — образец; 3 — отраженные электроны; 4 — вторичные электроны; 5 — ток поглощенных электронов; 6 — катодолюмине-сценция; 7 — рентгеновское излучение; 8 — Оже-электроны; 9 — наведенный ток; 10 — прошедшие электроны). Эти эффекты служат основой для получения разнообразной информации: о рельефе поверхности образца 2, химическом составе и кристаллографической ориентации объемов, прилегающих к поверхности. Электроны, испускаемые веществом, различного рода излучения, улавливаются специальными датчиками и после усиления используются для управления яркостью электронно-лучевой трубки, на экране которой формируется изображение. При этом каждой точке на поверхности образца 2 соответствует определенная точка на экране электронно-лучевой трубки. Яркость каждой точки на экране определяется интенсивностью сигнала из соответствующей точки образца. Интенсивность сигналов изменяется при пробегании электронного зонда по поверхности образца. Это обеспечивает контраст в изображении разных участков поверхности на экране электронно-лучевой трубки.

Растровый электронный микроскоп (РЭМ) является одним из наиболее универсальных приборов для исследования и анализа микроструктурных характеристик твердых тел. Основной причиной широкого использования РЭМ является высокое разрешение при исследовании массивных объектов, достигаемое в серийных приборах 10 нм. На лучших лабораторных приборах реализуется разрешение 2.5 нм [19]. Другой важной чертой полученных с помощью РЭМ изображений, является их объемность, обусловленная большой глубиной фокуса прибора.

Принципиальная схема РЭМа представлена на рисунке 3.1. На ней можно выделить следующие основные системы: электроннооптическую 1−10, предназначенную для формирования электронного зонда и его сканирования (пробегания) по поверхности образца 14; систему, формирующую изображение 11−18. РЭМ снабжен вакуумной автоматизированной системой и устройствами точной механики (шлюзы, держатели образцов и пр.). Основная область применения РЭМа — анализ рельефа поверхности, в особенности изломов (фрактография). Преимущества РЭМ по сравнению с другими микроскопами здесь наиболее заметны. В связи с тем, что изображение обычно формируется с помощью вторичных электронов, зона выхода которых ограничена малой областью вокруг места падения зонда, достигается высокая разрешающая способность. Это позволяет исследовать мельчайшие детали рельефа поверхности. РЭМ обеспечивает также большую резкость в сочетании с наглядностью изображения. Это дает возможность исследовать объекты с сильно развитой поверхностью.

Рисунок 6 — Эффекты, возникающие при взаимодействии пучка электронов с веществом: 1 — электронный пучок; 2 — образец; 3 — отраженные электроны; 4 — вторичные электроны; 5 — ток поглощенных электронов; 6 — катодолюминесценция; 7 — рентгеновское излучение; 8 — Оже-электроны; 9-наведенный ток; 10 — прошедшие электроны.

В работе изображения микроструктуры образцов получали с использованием растрового электронного микроскопа Hitachi TM-1000.