книги из ГПНТБ / Деркач, В. П. Электроннозондовые устройства

ДО Be)

и объектива — фокусируется на образце. Автоматическая стаби­ лизация интенсивности луча обеспечивается введением между лин­ зами нескольких диафрагм, электрически соединенных с конден­ сором. Полюсным наконечникам объектива придана оригинальная форма, благодаря чему зеркало объектива оптического микроскопа может быть расположено коаксиально с зондом, угол выхода рент-

,геновского излучения составляет 18°, пластины электростатиче­ ского отклонения могут быть вставлены в зазор между полюсами. Над электромагнитным объективом помещается электрический стигматор для коррекции астигматизма. Возможное смещение луча порядка нескольких микрон при анализе магнитных образцов компенсируется с помощью двух пар электростатических отклоня­ ющих пластин. Такая электроннооптическая система создает скор­ ректированный на астигматизм луч с минимальным гауссовским диаметром менее 0,5 мкм при 30 кв. Система обеспечивает быструю юстировку луча и высокую механическую стабильность как при высоких, так и при низких ускоряющих напряжениях.

180

Прибор оснащен четырьмя спектрометрами с кристаллами-моно­ хроматорами с искривленной поверхностью и пропорциональными счетчиками с проточным газом. Монохроматор может перемещаться вдоль заданной прямой, наклоненной под углом 18° к поверхности образца. Узел перемещается на замкнутом контуре круга (круг Роуланда), который проходит через анализируемую точку. Меха­ ническое устройство обеспечивает непрерывное соприкосновение монохроматора с кругом Роуланда. Спектрометры дают возможность анализировать все элементы начиная от бериллия (Z = 4). Между пределами измерения монохроматора устанавливаются достаточные перекрытия, так что одновременно возможен анализ нескольких элементов.

Спектрометры находятся в предварительном вакууме. Каждый из двух расположенных слева от колонны спектрометров изолиро­ ван от нее бериллиевым окошком и снабжен входной щелью с регу­ лируемой шириной в целях повышения разрешения. Окошком пе­ реднего правого спектрометра служит майларовая пленка толщиной 3,6 мкм, которая может выдерживать разности давлений выше ат­ мосферного.

У правого заднего спектрометра, применяемого для очень легких элементов, окошко состоит из тонкой коллодиевой пленки, толщина которой менее 500 А и которая тем самым является проз­ рачной для мягких рентгеновских лучей. Окошки обеспечивают вакуумплотное разделение предварительного вакуума спектромет­ ров и вакуума колонны.

Применение метода автоматического сканирования дает воз­ можность быстро измерять распределение элемента по большому участку поверхности образца путем поточечного анализа. Необхо­ димый участок образца сканируется электронным лучом с помощью электронного или механического развертывающего устройства. Строчная развертка осуществляется быстрым отклонением точки удара луча вдоль прямой линии под прямыми углами к плоскости круга Роуланда. При этом условия фокусировки остаются без из­ менения. Кадровая развертка производится путем медленного механического перемещения поверхности образца в его собственной плоскости и вдоль направления под прямыми углами к направле­ нию строк. Этот способ оказался более эффективным, поскольку в случае электронной кадровой развертки луч будет выходить из круга Роуланда и спектрометр не будет больше полностью сфоку­ сирован. Если должны быть получены истинные показания рас­ пределения концентраций, то такой расфокусировки нужно из­ бегать. В MS-46 можно также получать электронные изображения объектов.

Камера образцов создана так, чтобы можно было анализировать большие участки образца. В ней располагаются, например, два об­ разца диаметром 25 мм и толщиной 8 мм или один образец вдвое большей площади. Предусмотрено ступенчатое продвижение об­ разца после каждого анализа в точке.

181

В прибор MS-46 может быть введена вспомогательная аппарату­ ра для получения увеличенного изображения объекта подобно просвечивающему микроскопу. При этом конденсор и объектив мик­ роанализатора действуют как двойной конденсор; расположенный непосредственно под образцом объектив микроскопа и затем проек­ ционная линза создают это изображение на экране микроскопа. Это дает возможность выбирать необходимые для микроанализа участки диаметром меньше 1 мкм.

Электроннозондовый рентгеновский микроанализатор, описан­ ный в работе [477], имеет две магнитные линзы, встроенный опти­

ЭММА позволяет исследовать объекты на просвет в диапазоне уве­ личений 300 -ь 200 000 X , проводить дифракционные и микродифракционные исследования количественный и качественный рентгеноспектральный анализ на элементы от Mg до U [478].

Пятилинзовая электроннооптическаяо система прибора обеспе­ чивает гарантированное разрешение 7 оА при работе на просвет,

в рентгеноспектральном режиме — 50 А. Чувствительность опреде­ ления следов элементов повышена за счет того, что можно проводить микрорентгеноструктурный анализ тонких микрообъемов; и на образцах с Z = 25 30 в виде тонких металлических фолы чувст­ вительность составляет 10_и — 10-12 г.

Многие разработки направлены на усовершенствование отдель­ ных узлов и создание всевозможных приставок к электроннозондовым приборам подобного типа, облегчающих работу с ними, расши­ ряющих область их применения и улучшающих их характерис­

за бомбардируемым электронами образцом. В этот микроскоп по­ ступает катодолюминесцентное излучение, которое по волоконному световоду передается на сканирующий монохроматор с призмой из плавленного кварца, и дифрагированное излучение принимается

ряющих напряжениях. При этом можно получать изображение обрззця.

Предложена конструкция приставки к серийным просвечиваю­

1480]. В камере рентгеновского спектрометра имеются набор изогну­ тых кристаллов и датчики рентгеновского излучения.

182

Автор работы [481] предлагает конструкцию простого устройст­ ва для нагрева объектов при их электроннозондовых исследова­ ниях. Объект помещается в нагреваемую электрической спиралью чашечку; средняя точка спирали электрически соединена с объек­ том и находится под положительным относительно колонны прибора потенциалом. Снаружи устройство закрыто теплоизоля­ ционным слоем.

Описанный в статье [482] объектодержатель для РЭМа типа Stereoscan позволяет во время наблюдений производить изгиб или излом образцов, что необходимо при изучении влияния растягиваю­ щих усилий на полимеры, дерево и прочие материалы.

Уменьшение флуктуаций сигнала коллектора в РЭМе достига­ ется путем введения цепи обратной связи с коллектора на катод электронной пушки [483]. В зеркальном РЭМе с замедлением электронов перед объектом для вырабатывания сигнала предлага­

ется на катод электронной пушки.

В конструкции электроннозондового рентгеновского микроана­ лизатора, предложенной в [484], объективная линза имеет верхний полюсный наконечник, выполненный в виде полого конуса с углом при вершине больше 30°, что позволяет использовать в этом приборе оптический микроскоп простой конструкции прямого зрения. Ре­ вольверное устройство объектодержателя обеспечивает быструю смену объектов.

§6. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

ВРАСТРОВЫХ ЭЛЕКТРОННОЗОНДОВЫХ УСТРОЙСТВАХ

Сцелью повышения чувствительности электроннозондовых устройств и увеличения видов получаемой с их помощью информа­ ции об исследуемых объектах разрабатываются оригинальные ус­ тройства и методики работы. Например, кроме обычного телевизи­ онного (ТВ) воспроизведения изображения на экране ЭЛТ, когда

торые при ТВ-изображении не чувствуются. МО-изображение оказы­ вается более рельефным и позволяет легко обнаруживать небольшие

183

фа 2. В режиме модуляции яркости исследуемый сигнал подается на модулятор осциллографа 2 через усилитель вертикального откло­ нения осциллографа 1, который используется для предварительного усиления сигнала. В режиме модуляции отклонения сигнал пода­ ется на вход осциллографа 2 при помощи матричной схемы. Прибор может быть использован в сочетании с промышленными приборами, например РЭМПом-1, РЭМПом-2, рентгеновскими анализаторами.

Восприятие МО-изображения затрудняется перекрытием линий развертки в некоторых местах. Однако для устранения этого эффек­ та разрабатывают специальные способы, как, например, запоминание пройденных лучом положений с помощью несложного вычислительного устройства. Описанный выше простейший вариант МО-спосо ба воспроизведения усовершенствуют путем модуляции тока луча ЭЛТ раз­ личными методами [4885. Например, можно мгновенно увеличивать ток луча ЭЛТ, как только величина сиг­ нала достигает определенного уровня, что позволяет получить на МО-изо- бражении линию контура. При фор­ мировании цветного изображения мо­ жно получать цветокодированную кар­ ту, изменяя цвет в зависимости от амплитуды сигнала.

Получение цветокодирсванных изо­ бражений является одним из спо­ собов повышения чувствительности растровых электроннозондовых уст­

ройств. В работе [489] эта задача решается путем применения цветного фотографирования. Для этого можно либо использо­ вать трехлучевую цветную ЭЛТ и цветное фотографирование с нее, что требует применения сложной техники; либо осуществлять по­ следовательное фотографирование трех изображений на цветную пленку с экрана однолучевой ЭЛТ, на который накладываются цветные фильтры, причем люминофор ЭЛТ должен давать широкий спектр излучения; либо по нескольким полученным черно-белым микроснимкам изготавливать один цветной. Практическое приме­ нение последней методики показало, что молено получать сложные комбинации цветов; это позволило авторам устанавливать, например, корреляцию между картинами поверхности, полученными в рентге­ новском характеристическом излучении и во вторичных электронах.

Авторы работы [490] вместо фотографии использовали эффект полимеризации некоторых веществ, например фоторезиста типа KPR, силикона SH-410, под действием электроннолучевой бомбар­ дировки. Характерно, что степень полимеризации облучаемого участка зависит от локальной плотности электронного луча. При рассмотрении в проходящем свете пластинок со слоем такого мате­ риала, облученным в микроскопе и затем соответствующим образом

185

обработанным, видны цветные интерференционные изображения. Благодаря однозначной связи цвета и электронной плотности воз­ можно производить фотометрирование. Полученные в этой работе микрофотографии на слоях силикона SH-410 показали высокий контраст. Недостаток такого способа, заключающийся в меньшей, чем для фотопластинок, чувствительности, компенсируется нали­ чием возможности увеличивать эти микрофотографии оптическими приборами примерно в 100 раз, в силу чего при формировании изобра­ жений в электронном микроскопе можно работать с меньшим уве­ личением.

В предложенном нами устройстве цветокодированное изображе­ ние объекта получается непосредственно на экране ЭЛТ (см. [491 ]).

ходимости проводить оперативный визуальный контроль, например, за технологическими процессами. Принцип действия устройства заключается в следующем.

Если в качестве индикаторной трубки использовать цветной ки­ нескоп, а сигналы после усиления пропустить через амплитудный дискриминатор и модулировать ток каждого луча трехлучевого цветного кинескопа сигналами только определенного диапазона амплитуд, то на экране образуется цветное изображение, в котором участку объекта с определенными свойствами соответствуют опреде­ ленные цвет и яркость свечения экрана. Если же этими сигналами модулировать токи всех лучей такого кинескопа одновременно, то получается черно-белое изображение поверхности объекта.

Блок-схема устройства показана на рис. 96. Электронный зонд, формируемый электронной пушкой 2, помещенной в вакуумную камеру /, в которой находится исследуемый объект 4, и управляемый блоком разверток и синхронизации 3, разворачивается в растр на поверхности объекта. Возникающие при этом в каждой точке поверхности, например, вторичные или обратно рассеянные элек­ троны улавливаются детектором 5, сигналы с которого усиливаются видеоусилителем 6.

186

Пройдя усилитель, сигналы поступают на вход трехканального амплитудного дискриминатора сигналов 9 с регулируемыми уровня­ ми дискриминации. После дискриминации сигналы в зависимости от их диапазона амплитуд приходят на один из трех суммирующих усилителей 11, коэффициенты усиления которых регулируемы. С выхода каждого суммирующего усилителя сигналы поступают со­ ответственно на один из модуляторов трехлучевого цветного кинеско­ па 12; развертка лучей последнего, обеспечиваемая отклоняющими катушками 7 и блоком разверток 8, синхронизирована с разверткой зонда. В результате сигналы каждого диапазона амплитуд возбуж­ дают свечение экрана кинескопа одного определенного цвета с со­ хранением десяти градаций яркости в каждом цвете. Получение та­ кого цветного изображения поверхности объекта позволяет по мень­ шей мере втрое увеличить диапазон различимых амплитуд сиг­ налов.

Прочие узлы служат для выделения изображения нужных участков на фоне изображения всей поверхности объекта. С вклю­ ченных в цепи отклоняющих строчной и кадровой катушек омиче­ ских сопротивлений 13 напряжения поступают на входы соответ­ ствующих амплитудных дискриминаторов 14, заданием уров­ ней дискриминации которых и определяются координаты нужного участка. С выхода этих адресных дискриминаторов через формирова­ тели 15 и схему совпадений 16 поступают управляющие сигналы, отпирающие коммутатор 17 и запирающие дискриминатор 9 либо запирающие коммутатор и отпирающие этот дискриминатор. Когда отперт коммутатор, импульсы с выхода видеоусилителя проходят непосредственно через суммирующие усилители на все три модуля­ тора кинескопа и на экране воспроизводится черно-белое изобра­ жение поверхности объекта.

При заданном уровне дискриминации в амплитудном дискри­ минаторе развертки отпирание амплитудного дискриминатора сигна­ лов и соответственно запирание коммутатора происходит только на определенном участке развертки, в результате чего на фоне чер­ но-белого изображения поверхности объекта появляется цветное изображение участка объекта с заданным местоположением.

В случае исследования распределения по поверхности объекта элементов, обладающих определенными свойствами, коммутатор находится в отпертом состоянии, а в амплитудном дискриминаторе сигналов открыт (по дополнительному входу 10) только один канал. Поскольку этот дискриминатор допускает регулировку уровней дискриминации, то они устанавливаются таким образом, чтобы на выход выбранного канала проходили сигналы достаточно узкого диапазона амплитуд, соответствующих определенным свойствам поверхности объекта. В результате сигналы с видеоусилителя по­ ступают через коммутатор и суммирующие усилители одновременно на все модуляторы кинескопа, а на определенных участках разверт­ ки, когда с детектора поступают сигналы, лежащие в выбранном диапазоне амплитуд, на один из модуляторов приходит сигнал, обра­

187

зованный суммированием в одном суммирующем усилителе сигнала, прошедшего через коммутатор, и сигнала с выхода отпертого канала дискриминатора 9. На черно-белом фоне всего изображения появляются цветные участки, соответствующие расположению на поверхности объекта элементов с определенными свойствами.

Использование такого способа формирования изображений по­ зволяет значительно увеличить информационную способность растро­ вых электроннозондовых устройств визуального контроля и по­ этому облегчает исследования объектов. Наложение на градации яркости цветных градаций позволяет увеличить визуально регистри­ руемое различие амплитуд сигналов в несколько раз. Кроме того,

[492]. Для этой цели между выходом сигналов с образца и индика­ торной ЭЛТ введена кодирующая схема, позволяющая пространст­ венное распределение исследуемого параметра объекта отобразить количественно на экране ЭЛТ в форме контурной карты простой либо с модулированным по интенсивности расстоянием между контурными линиями, а также в форме картины с квантованно мо­ дулированной интенсивностью. Блок-схема представлена на рис. 97. Это дельта-модулятор, в котором интегрирующая цепь заменена счетчиком и преобразователем. Амплитуда выходного сигнала уста­ навливается пороговыми детекторами. Кодирующей схемой выраба­ тывается соответствующий поступающему с образца входному сиг­ налу цифровой аналог, складываемый в противофазе со входным сигналом; результирующий выходной сигнал затем усиливается уси­ лителем. Когда сигнал на выходе последнего достигает уровня, уста­ новленного одним из пороговых детекторов, через схему синхрони­ зации на счетчик поступает команда начать счет. При этом на выхо­ де преобразователя вырабатывается сигнал-аналог такой величины, что выходной сигнал будет соответствовать лишь только прира­ щению входного сигнала в заданном интервале амплитуд. Для моду­ ляции яркости ЭЛТ при формировании изображения могут быть

188

использованы сигналы с различных выходов схемы (В, С и Д). Формирование сигнала на выходе Д иллюстрируется рис. 98, а; на рис. 98,6 показаны сигналы со всех трех выходов В, С, Д при сину­ соидальном входном сигнале. Сигнал с выхода Л может быть исполь­ зован в электронной схеме для обработки информации.

Метод контурного картографирования можно применять для многообразных исследований, например для исследования зави­ симости между увеличением областей больших сигналов и развитием горячих пятен при наблюдениях в РЭМе, для изучения распределе­ ния поля в ленточных, угловых и кольцевых диодах, для оценки

мой; 3 — чистый результат наложения / и 2 в противофазе; буквы от а до / показывают местоположения, где образуется контур; б — сигналы с выходов В, С и Д при синусоидальном входном сигнале.

температурно-временных постоянных приборов и т. д. [493]. Он удобен при необходимости одновременного наблюдения картины, создаваемой различными по амплитуде сигналами.

Для повышения контрастности переходов яркости в изображении может быть применен метод электронной ретуши, заключающийся в дополнительной обработке видеосигнала в тракте усиления мик­ роскопа путем наложения контурного рисунка (контура) на исходное изображение [494]. Сигнал контурного изображения может быть получен дифференцированием сигнала яркости с последующим уси­ лением и двусторонним ограничением; обычно дифференцирование заменяется взятием конечных разностей от сигнала, соответствую­ щего распределению яркости в изображении. Добавление сигналов контурного изображения эквивалентно увеличению площади час­ тотной характеристики в области высоких частот как в исходной полосе, так и за ее пределами, а следовательно, эквивалентно увели­ чению крутизны переходной характеристики, что приводит к воз­ растанию резкости изображения. В отличие от апертурной коррек­ ции и «криспининга», применяемых в телевидении для исправления

Контур может быть однополярным и двухполярным.

189