28. Методы пробоподготовки в аналитической просвечивающей электронной микроскопии Химическое травление

Химическое травление часто используют для утончения полупроводников, таких как кремний. Утончение выполняется химически, то есть путем погружения образца в конкретный травящий раствор. Подобно электрополировке, сначала необходимо подготовить тонкие пластинки (толщиной 0,1–0,2 мм). Если в центральной части пластинки сформировать небольшое углубление, то путем растравливания центральной области образца можно приготовить отверстие, сохраняя края образца относительно толстыми.

Так же как и в случае электрополировки, если после химического травления образец не будет тщательно промыт, то на поверхности образца может образоваться загрязнение (слой окисла), которое приведет к появлению фона в СХПЭЭ. Иногда для удаления таких загрязнений полезным является ионное травление.

29. Методы пробоподготовки в аналитической просвечивающей электронной микроскопии. Улътрамикротомия

Ультрамикротомия использовалась для подготовки тонких срезов биологических образцов и иногда – тонких пленок неорганических материалов, которые легко поддаются резке. Образцы таких пленок или порошки обычно фиксируются в эпоксидной смоле и нарезаются стеклянным ножом перед их нарезкой алмазным ножом. Этот процесс необходим, поскольку образцы в эпоксидной смоле легко поддаются нарезанию алмазным ножом. Для фиксации образцов используют акриловую или эпоксидную смолу. При использовании акриловой смолы в качестве контейнера используют желатиновую капсулу, а акриловая смола легко режется. Для отверждения эпоксидной смолы требуется меньшее время, чем для отверждения акриловой смолы, при этом эпоксидная смола ведет себя гораздо устойчивее по отношению к облучению электронным пучком.

На рис. показан принцип ультрамикротомии. Кронштейн, удерживающий образец, движется вверх и вниз и ступенчато перемещается вперед, при этом образец нарезается алмазным ножом, закрепленным на краю лодочки, заполненной водой. Нарезанные срезы попадают в воду и их можно захватывать тонкой деревянной палочкой с ресничками, для того чтобы поместить эти ультратонкие срезы на специальную сетку, покрытую коллоидной или тонкой углеродной пленкой. При анализе необходимо обращать внимание на фон в спектрах потерь энергии и энергодисперсионных рентгеновских спектрах, обусловленный присутствием эпоксидной смолы и поддерживающей пленки. Акрил после нарезания ультратонких срезов может быть удален с помощью хлороформа.

Принцип ультрамикротомии

Если нарезание и подготовку срезов выполнять неправильно, то можно вывести из строя дорогостоящий алмазный нож. Кроме того, на срезах в процессе их резки часто появляются напряжения кристаллической решетки.

30. Методы пробоподготовки в аналитической просвечивающей электронной микроскопии. Ионное травление

Ионное травление часто используется для получения тонких областей, особенно на керамических, полупроводниковых и многослойных образцах. В данном методе используется так называемое явление распыления, когда атомы выбиваются из поверхности при облучении ее ускоренными ионами. Сначала с помощью алмазной пилы и механического утончения из массивного образца готовится тонкая пластинка (толщиной менее 0,1 мм). Затем из пластинки с помощью алмазной пилы или ультразвукового отрезного устройства изготавливают диск диаметром 3 мм и с помощью шар-шлифовального устройства вблизи центра диска создают лунку. Если возможно сразу же утончить диск до толщины 0,03 мм с помощью механического утончения без использования шар-шлифовального устройства, то диск необходимо упрочнить путем накрывания края диска металлическим кольцом, например кольцом из молибдена. Обычно для ионного травления применяются ионы аргона, и угол падения на дисковый образец и ускоряющее напряжение выбираются равными 10–20° и несколько киловольт соответственно. В обычных системах ионного травления процесс травления заканчивается автоматически, когда образец протравливается до появления отверстия, определяемого с помощью лазерного луча. Если ионное травление продолжать в течение некоторого времени, то иногда состав поверхности будет несколько меняться вследствие различия в эффективности распыления составляющих ее атомов, а на поверхности из-за радиационных повреждений под пучком ионов будут образовываться аморфные слои. Для того чтобы избежать подобных эффектов, следует оптимизировать условия ионного травления путем использования различных ионов, снижения ускоряющего напряжения и регулировки угла падения ионного пучка. Для минимизации какого-либо увеличения температуры образца в процессе распыления эффективно применение криостолика образцов, охлаждаемого жидким азотом. Если угол падения становится слишком малым, то металлическое кольцо, используемое для упрочнения диска образца, облучается ионами, на образец может напылиться покрытие из данного металла. Присутствие таких примесных фаз можно прямо определить из спектров потерь энергии и рентгеновских энергодисперсионных спектров. Ионное травление также применяется в качестве финишного процесса утончения для удаления каких-либо загрязнение с тонкого образца, подготовленного электрополировкой или химической полировкой.