книги из ГПНТБ / Физические основы рентгеноспектрального локального анализа

К ВОПРОСУ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ЛИНЕЙНОГО РАЗРЕШЕНИЯ ПРИ РЕНТГЕНОВСКОМ МИКРОАНАЛИЗЕ

Т. Хеенкамп

При использовании рентгеноспектрального микроана­ лиза в аналитических целях, в особенности при получе­ нии концентрационных кривых с резким изменением кон­ центрации, важнейшим является вопрос о разрешающей способности, которая определяет, какие геометрические подробности различных сложных систем могут еще быть разрешены. Разрешающая способность зависит от диа­ метра пучка электронов на поверхности образца — диа­ метра электронного зонда. При уменьшении диаметра зонда до определенного предела, который зависит от та­ ких процессов как распространение электронов в об­ разце, обратное рассеяние электронов и расширение об­ ласти возбуждения рентгеновского излучения, разрешаю­ щая способность увеличивается приблизительно обратно пропорционально этому диаметру. Дальнейшее уменьшение диаметра электронного зонда не дает заметного вы­ игрыша, так как в этом случае разрешающая способность определяется только указанными выше процессами.

В настоящее время имеются различные способы приб­ лиженного определения диаметра электронного зонда при микроанализе, такие как «метод наползания на лезвие» и метод оптического измерения фокусного пятна (на флуо­ ресцирующем экране) или темного осадка (нагара). При этом разрешающая способность оценивается через при­ ближенное значение глубины проникновения электронов. Часто пользуются также измерением подъема кривой ин­ тенсивности при записи скачков концентрации. Посколь­ ку различные методы измерения диаметра излучающей области дают сильно различающиеся результаты, преж­ де всего необходима правильная оценка разрешающей способности. При этом в настоящей работе не будет под­ робно рассматриваться совокупность процессов, которые определяют диаметр излучающей области и разрешающую

способность в зависимости от различных условий созда­ ния зонда, состава и расположения образца. Многократ­ ными исследованиями было показано, что, приготовляя из различных чистых металлов плоские слои известной толщины в интервале 0,1—5 мкм, можно, хотя и при упро­ щенных, но наглядных условиях, непосредственно опре­ делить разрешающую способность и получить оценку дей­ ствительного диаметра излучающей области. Здесь преж­ де всего следует привести результаты по изучению слоев из меди и золота. Эти два металла были выбраны потому, что вследствие большой разницы их атомных номеров они обладают существенно различной способностью обратно рассеивать электроны, что позволяет проводить измере­ ния слоев с помощью как обратно рассеянных, так и по­ глощенных электронов. Измерение с помощью поглощен­ ных электронов является наилучшим способом определе­ ния приблизительного диаметра первичного электронного зонда, так как рентгеновское излучение обычно возбуж­ дается в значительно большей по объему области.

Приготовление образцов. Слои были приготовлены гальваническим способом. На отшлифованный и хорошо отполированный торец медного цилиндра диаметром приб­ лизительно 1 см в цианистых ваннах были нанесены чере­ дующиеся слои золота [1] и меди [2]. Толщины слоев в первом приближении определялись массой вещества, вы­ делившегося в процессе электролиза, которая рассчиты­ валась по закону Фарадея, исходя из количества прошед­ шего через электролит электричества и соответствующих электрохимических эквивалентов. Так как в процессе электролиза на катоде из желаемого металла, особенно в случае осаждения меди, также происходило выделение водорода, то качество такого способа определения толщины слоев зависело от точности знания величин к.п.д. электро­ химических эквивалентов. Эти величины для золота и ме­ ди были определены в специальных исследованиях. Для золота к.п.д. электрохимического эквивалента составлял приблизительно 60%, а длямеди — колебался от 12 до 18%, и в качестве среднего значения брали 15% . Использу­ емые для измерения диаметра излучающей области и раз­ решающей способности образцы приготовлялись при мед­ ленном непрерывном перемешивании электролита и малой плотности тока ~ (0,5—1) ма/см2. При этих условиях слои осажденных металлов получались равномерными и плот­ ными. Кроме того, необходимо было использовать доста-

точно плоский противоэлектрод из меди или соответствен­ но золота и хорошую полировку основания, которую в данном случае следовало повторять после осаждения каж­ дых двух слоев. В заключение образец было целесообраз­ но покрывать толстым слоем меди. После получения жела­ емых слоев цилиндр разрезали по длине перпендикулярно

к основанию, запрессовы­ вали в пластмассу и поли­ ровали. Схематическое изображение образца при­ ведено на рис. 1.

тического микроскопа. Эти данные позволили провести сравнительные оценки и этало­ нировать микрозонд. Затем микрозонд был применен к изучению тонких слоев, которые непосредственно можно измерять только с помощью электронного микроскопа.

Оценка диаметра излучающей области и разрешающей способности. Прежде всего был приготовлен образец, который состоял из нанесенных на медную основу тонких слоев меди толщиной от 0,1 до 2 мкм, разделенных слоями золота приблизительно одинаковой толщины — 3—4 мкм.

В этом случае, как будет видно из следующих ниже рас­ суждений, приблизительное значение величины диаметра излучающей поверхности можно получить с помощью очень простой оценки. Если использовать для измерения слабо поглощающиеся электроны и исследовать слои, перемещая их под электронным пучком и измеряя ток проходящих электронов, то для меди получим большее значение тока, чем для золота, величина обратного рассеяния электронов для которого значительно больше. Если теперь с помощью осциллографа синхронно с перемещением образца запи­ сать изменение тока проходящих электронов, то для меди

ней — ожидаемое распределение интенсивности. Если А / 0 представляет собой разницу интенсивностей от широких слоев меди и золота, измеренную по току прошедших электронов, то величина А / позволит судить только о том,

шаться. Если d достаточно велико, то с хорошей степенью точности часть площади электронного зонда, находящуюся на поверхности слоя, можно определить как db при усло­ вии, что полная площадь под электронным зондом равна

В том случае, когда применимо это очень упрощенное, чисто геометрическое рассмотрение, получают действи-

Отчетливо видно, что минимальный диаметр излучаю­ щей области уменьшается по мере уменьшения тока зон­ да. Проведенные параллельно измерения фокусного пят­ на на флуоресцирующем экране и диаметра пятна черного нагара на поверхности шлифа указывают на то, что, из­ меняясь одинаково в зависимости от тока зонда, эти спо­ собы дают существенно завышенные значения диаметра излучающей области.

Искажение вида слоев при сканировании в направле­ нии, перпендикулярном к слоям, позволяет также уста­ новить наличие астигматизма электронного зонда и изме­ рить его.