способ получения панорамного изображения в растровом электронном микроскопе

Формула изобретения

Способ получения панорамного изображения в растровом электронном микроскопе, заключающийся в том, что воздействуют электронным пучком микроскопа при ускоряющем напряжении 20 кВ на расположенный в камере образцов образец-мишень из диэлектрика или изолированного от корпуса микроскопа проводника для создания вокруг него отрицательно заряженного электрического поля, снижают ускоряющее напряжение до 1-10 кВ и используют изменение траектории электронного пучка для визуализации объектов исследования, находящихся в камере образцов микроскопа вне зоны прямого действия электронного пучка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам исследования материалов, а именно к способам получения изображений объектов в растровом электронном микроскопе.

Процесс формирования изображения в растровом электронном микроскопе (РЭМ), т.е. отображение области образца на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), происходит в результате взаимодействия электронного пучка, тонко сфокусированного электронно-оптической системой РЭМ, с поверхностью образца. При этом происходит ряд явлений и возникают отраженные электроны больших энергий, низкоэнергетические вторичные электроны, оже-электроны, рентгеновское излучение и т.д. Все это несет информацию о природе объекта и может регистрироваться соответствующим детектором, преобразующим излучение в электрические сигналы, которые после усиления используются для управления яркостью на экране ЭЛТ [Дж. Гоулдстейн, Х. Яковиц "Практическая растровая электронная микроскопия" Пер с англ. -М.: Мир, 1978, c.15, 115], ["Физический энциклопедический словарь" Гл. Редактор А. М. Прохоров. М.: "Советская энциклопедия", 1983, с.887-888].

Для визуализации электростатического "потенциального рельефа" и магнитных микрополей на поверхности объекта исследования служат зеркальные электронные микроскопы. Основным электронно-оптическим элементом прибора является электронное зеркало, причем одним из электродов служит сам объект, который находится под небольшим отрицательным потенциалом относительно катода пушки. Электронный пучок направляется в зеркало и отражается полем в непосредственной близости от поверхности объекта. Зеркало формирует на экране изображение "в отраженных пучках". Микрополя возле поверхности объекта перераспределяют электроны отраженных пучков, создавая контраст на изображении, визуализирующий эти микрополя. При этом исследуемый образец располагается непосредственно под электронным пучком зеркального микроскопа и для создания эффекта отражения электронов используется специальный источник отрицательного потенциала ["Физический энциклопедический словарь". Гл. редактор А.М. Прохоров. - М.: "Советская энциклопедия", 1983, с. 889].

Задачей настоящего изобретения является расширение возможностей растрового электронного микроскопа (РЭМ), а именно получение панорамного изображения объектов, находящихся вне зоны прямого взаимодействия с электронным пучком РЭМ, не применяя каких-либо дополнительных приспособлений и источников энергии. Это дает возможность исследовать образцы, которые закреплены в любом месте камеры объектов с помощью стоек-держателей, например, минералы, размеры которых превышают диапазоны перемещения столика образцов растрового электронного микроскопа. В этом состоит новый технический результат.

Технический результат достигается тем, что в стандартном растровом электронном микроскопе воздействуют электронным пучком при ускоряющем напряжении U₁=20 кB на образец-мишень из диэлектрика или электрически изолированного от корпуса микроскопа проводника, при этом вокруг образца создается отрицательно заряженное электрическое поле. При уменьшении ускоряющего напряжения до U₂=1-10 кВ электронный пучок отражается полем в непосредственной близости от образца, и отраженные электроны взаимодействуют со стенками камеры объектов РЭМ и находящимися там объектами исследования.

Способ осуществляется следующим образом: берут образец-диэлектрик (кристаллы алмазов, кварца, стекло и т.п.) или электрически изолированный от корпуса микроскопа образец-проводник (металлический шарик на стекле и т п.) и помещают его на столик образцов растрового электронного микроскопа; воздействуют на образец электронным пучком при ускоряющем напряжении U₁=20 кВ, при этом вокруг образца создается отрицательно заряженное электрическое поле, уменьшают ускоряющее напряжение до U₂, в зависимости от материала образца оно может иметь значение от 1 до 10 кВ, и возникает эффект электронного зеркала. В результате электрическое поле изменяет траекторию пучка электронов и отраженные на электронном зеркале электроны взаимодействуют со стенками камеры объектов РЭМ и находящимися там объектами исследования, вызывая все физические явления, которые возникают в РЭМ при взаимодействии электронного пучка с образцом. Используя, например, детектор вторичных электронов, получают панорамное изображение камеры объектов РЭМ (фиг.1) или изображение объекта исследования (фиг 2) в режиме топографического контраста. Изображения отличаются высоким разрешением, большой глубиной фокуса, устойчивостью.

Пример 1. В качестве образца-мишени берется кристаллик алмаза размером 2-3 мм и помещается на столик образцов в камере объектов растрового электронного микроскопа, а вне зоны прямого действия электронного пучка, минерал (кварц) с размерами 202030 мм. Включив ускоряющее напряжение 20 кВ и проведя все стандартные операции по формированию изображения в РЭМ, получают изображение объекта. Так как образец-мишень является диэлектриком, то под воздействием электронного пучка микроскопа вокруг него возникает отрицательно заряженное электрическое поле. Уменьшают ускоряющее напряжение до 10 кВ. При этом возникает эффект электронного зеркала и электроны пучка, изменив направление движения в результате отражения от электронного зеркала (электрического поля вокруг образца мишени), взаимодействуют со стенками камеры образцов микроскопа и объектами исследования, находящимися там. Результат этого взаимодействия фиксируется сцинтилляционным детектором микроскопа в виде панорамного изображения камеры объектов микроскопа и образца, находящегося в камере объектов. Двигая электронное зеркало посредством механизма перемещения столика образцов, можно направить пучок электронов практически в любую точку камеры объектов микроскопа.

Таким образом, можно исследовать, например, минералы, размеры которых превышают диапазоны перемещения столика образцов растрового электронного микроскопа. Исследование подобных образцов в РЭМ стандартным способом потребовало бы их разрушения.