Микроскопы электронные Himera сканирующие (СЭМ, SEM) напольные

Сканирующий электронный микроскоп разработан для получения изображений поверхности объекта с высоким пространственным разрешением (до 0,4 нанометра), а также для получения информации о составе, структуре и некоторых других характеристиках приповерхностных слоёв. Функционирует на основе принципа взаимодействия электронного пучка с исследуемым объектом. 

Принцип работы сканирующего электронного микроскопа заключается в следующем: изображение поверхности исследуемого объекта создаётся за счёт взаимодействия сфокусированного в тонкий зонд электронного луча с его поверхностью. 

Катод, расположенный в верхней части электронной пушки, служит источником электронов в микроскопе. Под воздействием электромагнитных линз электронный пучок фокусируется на поверхности объекта в виде маленького пятна. С помощью этого пятна проводится исследование поверхности. Электронный луч сканирует поверхность образца строка за строкой, формируя прямоугольные кадры. В каждой точке, на которую попадает луч, возникает сигнал, который детекторы улавливают, обрабатывают и выводят на экран.

Рис.1

На Рисунке 1 показана схема внутреннего строения микроскопа. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки, проходит через систему конденсорных линз, количество которых зависит от модели прибора. Эти линзы представляют собой катушки с протекающим через них электрическим током, создающие магнитное поле, которое сжимает пучок до малых размеров. Затем пучок обрезается объективной диафрагмой и отклоняется сканирующими катушками. Следующая линза, через которую проходит электронный луч, – объективная, которая точно фокусирует его на поверхности объекта. При попадании сфокусированного пучка на поверхность образца возникают различные сигналы, которые улавливаются соответствующими детекторами. 

Основные виды сигналов, которые возникают в сканирующем электронном микроскопе:

Рис.2 

Основные типы сигналов, регистрируемых электронным микроскопом:

1. Вторичные электроны (SE).

Когда электроны первичного пучка взаимодействуют с атомами образца, они могут передавать часть своей энергии электронам образца, что приводит к их выбиванию. Эти испущенные электроны называются вторичными и обычно имеют низкую энергию (примерно 50 эВ). Энергии электронов первичного пучка обычно достаточно для выбивания нескольких вторичных электронов.

Поскольку энергия вторичных электронов невелика, они могут выходить только из приповерхностных слоев материала (менее 10 нм). Благодаря их низкой кинетической энергии, небольшие разности потенциалов могут легко отклонять вторичные электроны. Это позволяет использовать втягивающее электрическое поле детектора для повышения его эффективности (сбора максимального числа электронов) и получения изображений высокого качества с хорошим отношением сигнал/шум. Поскольку детектор собирает электроны с определённой стороны, интенсивность сигнала зависит от ориентации поверхности относительно детектора, что отражает топографию образца. Поэтому сигнал вторичных электронов используется для изучения топографии образца.

Вторичные электроны обычно регистрируются с помощью SE-детектора. Стандартный детектор вторичных электронов, известный как детектор Эверхарта-Торнли (E-T SE), позволяет получать изображения с топографическим контрастом.

2. Обратно-рассеянные электроны (BSE).

Обратно-рассеянные электроны представляют собой электроны первичного пучка, которые отражаются от образца посредством упругого рассеивания. Эти электроны испускаются под широким углом и летят по прямой траектории с высокой энергией, немного меньшей, чем энергия исходного пучка.

Количество отражённых электронов увеличивается с ростом атомного номера образца, поскольку более крупные атомы эффективнее отражают электроны.

Интенсивность сигнала обратно-рассеянных электронов напрямую зависит от среднего атомного номера (Z) области образца, облучаемой электронным пучком, что позволяет использовать BSE-изображения для определения распределения различных элементов в образце.

Существуют различные типы BSE-детекторов. Один из самых распространённых – многосегментный полупроводниковый BSE-детектор (BSED), работающий по принципу, аналогичному солнечной батарее. Наличие нескольких сегментов позволяет различать электроны, покинувшие образец в разных направлениях, что предоставляет дополнительную информацию.

В электронной микроскопии источником электронов служит катод, который находится под высоким отрицательным потенциалом.

По способу генерации электронного потока катоды делятся на два типа: