14. Детектор типу сцинтилятор-фотоперемножувач.

Рисунок 2.11 – Схема детектора електронів Еверхарта-Торнлі: 1 - зразок; 2 - падаючий пучок електронів; 3 - сцинтилятор; 4 - світловод; 5 - фотоелектронний помножувач (ФЕП); 6 - циліндр Фарадея. Суцільною лінією показані траєкторії відбитих електронів, а штрихованою – вторинних

Електрони з великою енергією потрапляють на сцинтилятор (легована пластмаса або скло) здатний випромінювати фотони внаслідок потрапляння на них електронів. Фотони через світловод потрапляють на ФЕП. Утворюється імпульс, на виході підсилений у 10⁵ – 10⁶ разів.

З метою позбавлення впливу високої напруги на падаючий пучок сцинтилятор оточується циліндром Фарадея. Для покращання збору вторинних електронів прикладається +250 В, яка не впливає на падаючий пучок електронів. Для того щоб позбутися вторинних електронів подається -50 В або знімається висока напруга із сцинтилятора. Електрони з енергією порядку 20 кеВ і більше можуть збуджувати сцинтилятор без прикладення до нього високої напруги

Особливості: 1) електричний сигнал, отриманий за допомогою детекторної системи, має низький рівень шуму та велике підсилення; 2) детектуються як відбиті, так і вторинні електрони; 3) геометрична ефективність збору відбитих електронів становить від 1 до 10 %; 4) ефективність збору вторинних електронів становить 50 %; 5) у детекторі можна позбутися сигналу від вторинних електронів завдяки циліндру Фарадея.

15. Твердотільний детектор.

У твердотільному детекторі використовується процес утворення у напівпровіднику електрон-діркових пар при потраплянні на нього високоенергетичних електронів.

а б

Рисунок 2.12 – Розташування (а) та електрична схема (б) твердотільного детектора: 1 - фрагмент полюсного наконечника об’єктивної лінзи; 2 - падаючий пучок електронів; 3 - детектор; 4 - зразок; 5 - електрони, що емітуються зразком; 6 - плівка золота; 7 - n-p перехід; 8 - індикатор струму в зовнішньому колі

Поле n-p переходу служить для розділення електрон-діркових пар (також можна розділити прикладеною напругою до напівпровідника). Реєструє сигнал від відбитих електронів (бо з високою енергією). Може фіксувати сигнал і від вторинних електронів, якщо вони будуть окремо прискорені. Характерні великі значення кута Ω і, як наслідок цього, висока ефективність збору електронів.

16. Поняття про контраст, рівняння яскравості та порогове рівняння, їх аналіз.

При малих атомних номерах отримане зображення буде темним, а при великих – світлим. Відносна зміна інтенсивності сигналу у двох сусідніх точках обумовлює контраст (С) на зображенні (2.7)

За величиною сигналу можна розрахувати контраст та отримати певну інформацію про зразок, але наявність флуктуацій (шумів) її обмежує (2.8). Дозволяє для заданого струму пучка розрахувати найменше значення контрасту, що можна спостерігати.

Поряд із пороговим рівнянням для розрахунку параметрів оптимального зображення у РЕМ використовують рівняння яскравості (2.9)

(2.8) та (2.9) показує, що для відображення низького рівня контрасту потрібно істотно збільшити струм пучка, щоб задовольнити порогове рівняння. Але при цьому виникає необхідність працювати з великим діаметром пучка, що, у свою чергу, призводить до втрати інформації у тонкій структурі на зображенні.

17. Методи обробки сигналу: зворотній контраст; диференційне підсилення; диференціювання сигналу; змішування сигналів; Y-модуляція.

Зворотний контраст. Досягається завдяки відніманню від певного фіксованого значення вхідного сигналу (S_вх). Причому воно повинно відповідати максимальному сигналу (S_max). Таким чином, вихідний сигнал буде визначатися так: . У результаті цієї процедури на екрані, ділянки, що спостерігалися світлими та темними, будуть зображатися темними та світлими відповідно. Вик. коли природа сигналу від детектора така, що контраст має протилежний знак стосовно до очікуваного (наприклад, зразок використовується як детектор).

Диференційне підсилення.

Рисунок 2.19– До пояснення диференційного підсилення

Недолік методу полягає в можливості отримання насичених абсолютно білого або абсолютно чорного сигналів, що призводить до часткової втрати інформації (позиція (г)).

Диференціювання сигналу – це метод оброблення, який дозволяє підкреслити високочастотні компоненти на зразку та відповідно згладити низькочастотні. Вх. сигнал диференціюється за часом і на виході подається як S_вих=dS_вх/dt. Операція ефективна лише в тому випадку, коли відношення сигнал/шум істотне.

Змішування сигналів. Кінцевий сигнал на екрані ЕПТ може являти собою суму сигналів, наприклад, від двох детекторів. Можна скомбінувати їх таким чином, щоб вихідний сигнал визначався за співвідношенням , де a>0, b<1.

Завдяки другому доданку контраст на краях (межі зерен, міжфазні межі тощо) буде підсилений, а перший доданок відповідає за збереження загальної інформації про об’єкт.

Y-модуляція.

Рисунок 2.21 – Схема утворення зображення у режимі Y-модуляції: 1, 2 - області сканування по зразку та по екрану ЕПТ; 3 - сигнал від попереднього сканування F(x,y,t), 4 - положення горизонтального рядка

На зразку розгортка по осях х та у здійснюється за допомогою відповідного генератора. На екрані ЕПТ положення точки по горизонталі визначається горизонтальним положенням при скануванні впродовж лінії. Положення по вертикалі на екрані визначається величиною сигналу у кожній конкретній точці. Тобто відхилену котушку у напрямку у подають сигнали від генератора розгортки та сигнал від одного із детекторів.

Цінність Y-модуляції полягає у тенденції підсилювання дрібномасштабної структури, яка може поліпшити видимість рельєфу поверхні зразка.