Курсовая работа: Растровый электронный микроскоп
Совокупность сигналов различной интенсивности создает контраст яркости (изображение) на экране трубки. Увеличение РЭМ определяется соотношением амплитуд развертки луча по экрану (L) и зонда по поверхности образца (l) и равно L/l. Так как максимальная длина развертки L на экране фиксирована, то повышение увеличения микроскопа достигается путем уменьшения l. Изменение амплитуды колебания зонда задается с помощью блока управления увеличением 17, путем изменения тока в отклоняющих катушках. Обычно рабочий диапазон изменения увеличений, обеспечивающий высокую четкость изображения поверхности, составляет 10…50000. Увеличение, превышающее максимальное полезное увеличение микроскопа, обычно используется только для его фокусирования.
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
Мпол = 
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