Принцип действия сканирующего электронного микроскопа

Электронный луч в виде тонкого пучка электронов (диаметр пучка £ 10 нм) обегает (сканирует) образец по строчкам точку за точкой и синхронно передает сигнал на монитор. При попадании электронного луча в какую-либо точку образца происходит выбивание из его материала вторичных электронов и отраженных электронов.

Первичный электронный луч формируется в вакуумной колонке (электронной пушке) растрового электронного микроскопа (рис. 4). Электроны вылетают из накаливаемого катода, и ускоряются электрическим полем напряжением 1-50 кВ. Луч фокусируется тремя электромагнитными конденсорными линзами и с помощью отклоняющих катушек сканируется по образцу.

Излученные образцом электроны вызывают в сцинтилляторе световые вспышки (фотоны). Быстрые упруго рассеянные (отраженные) электроны с высокой энергией без значительного подвода энергии попадает в сцинтиллятор; вторичные электроны с низкой энергией при движении к сцинтиллятору получают ускорение в результате приложения электрического поля. Световые лучи покидают вакуумную камеру через световод и в примыкающем к нему фотоумножителе превращаются в световые импульсы. Посредством последних, объект как будто освещается сцинтиллятором, установленным на боковой стороне объекта, а наблюдение ведется со стороны направления первичного электронного луча.

Рисунок 4. Схема растрового электронного микроскопа

1 - катод, 2 - анод, 3 - электронный луч, 4 - конденсорная линза, 5 - конденсорная линза II, 6 - последняя (конечная) конденсорная линза, 7 - отклоняющие катушки, 8 - блок регулировки увеличения, 9 - фотоумножитель, 10 - апертурная диафрагма, 11 - образец, 12 - сцинтиллятор, 13 - световод, 14 - отклоняющие устройства, 15 - устройство для наблюдения, 16 - съемка, 17 - усилитель сигнала, 18 - вакуумная система.

Микрорентгеноспектральный анализ

Микрорентгеноспектральный анализ [1] по сути, есть обычный эмиссионный рентгеноспектральный анализ с возбуждением характеристических рентгеновских лучей в малом объеме сфокусированным до диаметра 3 - 0,1 мкм электронным пучком.

За счет интенсивного отвода тепла от пятна, бомбардируемого электронами, и из-за общей малой мощности пучка нагрев всей поверхности образца не превышает 30 ⁰С для проводящих объектов и 100 ⁰С для изоляторов и полупроводников. Это дает возможность проводить качественный и количественный химический анализ практически любого объекта в твердом состоянии без разрушения образца и нарушения его структуры.

Рентгеноспектральный анализ с помощью электронного пучка позволяет определить химический состав в очень малых объемах образца, поперечные размеры которых на исследуемой поверхности имеют порядок микрона. Такой анализ проводят в специальных устройствах, получивших название микроанализаторов, которые как правило встраиваются в сканирующий электронный микроскоп.

3. Оборудование, приборы и материалы

В данной работе будет использовано следующее оборудование:

• Сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-2300.

• Рентгеноспектральный микроанализатор Oxford Instruments Link ISIS-300.

• Шлифы поперечного сечения Nb₃Sn и NbTi сверхпроводников различной конструкции, изготовленных разными методами, до и после травления.

• Изломы поперечных сечений Nb₃Sn сверхпроводников, изготовленных по бронзовой технологии и методом внутреннего источника олова.