3.1 Общая схема

Растровый электронный микроскоп (Рис.5) состоит из:

-источника электронов (электронной пушки),

-оптической системы, обеспечивающей фокусировку луча и его развертку в растр,

-столика объектов, позволяющего позиционировать образец в трех плоскостях,

-набора детекторов, регистрирующих излучения, индуцированные электронным лучом,

-системы обработки видеосигнала и его отображения на экране ЭЛТ. Кроме того, в состав любого электронного микроскопа входит вакуумная система, поддерживающая рабочий вакуум порядка10^-5-10^-8мм ртутного столба. Схема микроскопа приведена на рис.6.

Рис. 6

3.2 Электронная пушка

Электронная пушка является стабильным источником электронов, необходимых для формирования электронного луча (рис.7).

Электроны эмиттируются с острия катода и ускоряются к заземленному аноду за счет напряжения E₀=1-50кV, приложенного между катодом и анодом.

Катод представляет собой V-образную вольфрамовую нить толщиной 0.1 мм, раскаленную при помощи регулируемого источника тока накала до 2700 К. Вокруг катода расположен электрод модулятора (цилиндр Венельта), центр отверстия которого совпадает с острием. На модулятор подано отрицательное смещение - 500 В относительно катода . За счет использования модулятора электроны фокусируются под ним в точке кроссовера с диаметром d_0.

3.3 Оптическая система

Для уменьшения электронного изображения, сформированного в точке кроссовера (d₀= 25-100 мкм), до конечного размера зонда на поверхности образца (около 5 нм.) используется система электромагнитных линз конденсора и объектива. Конденсорная система, состоящая из одной, или нескольких линз, регулирует ток пучка, попадающего на поверхность образца. Последняя линза, обычно называемая объективной, определяет размер конечного пятна электронного зонда. Ход лучей в оптической системе микроскопа показан на рис.8. Управление режимом фокусировки электромагнитных линз осуществляется регулировкой тока. Для устранения аберраций и тонкой фокусировки луча в районе объективной линзы размещен набор катушек стигматора, позволяющий в некоторых пределах корректировать форму пучка. Кроме того, выше объектива расположены катушки отклоняющей системы, разворачивающие пучок в растр на поверхности образца.

.

3.4 Детектор вторичных электронов

Создание сфокусированного луча диаметром 10 нм из источника диаметром 50 мкм приводит к потере почти всего тока, эмиттированного катодом. При токе эмиссии 150 мкА ток сфокусированного зонда составит около 10^-11А. Если принять суммарный коэффициент эмиссии вторичных и отраженных электронов равным 1, максимальный ток сигнала не превысит 10^-11А. На самом деле, собираются не все эмиттированные электроны, и реальная величина сигнала составляет10^-12 А и менее. Это накладывает очень жесткие требования к конструкции детекторов и предварительных усилителей сигнала.

Наиболее широко используется в растровой электронной микроскопии детектор типа сцинтиллятор-фотоумножитель, называемый детектором Эверхарта-Торнли (рис9).

Основой его является сцинтиллирующий материал, который испускает свет при попадании на него электронов высоких энергий. Свет по световоду с полным внутренним отражением попадает в окно фотоумножителя. Для возбуждения большинства сцинтилляторов необходима энергия 10 - 15 кэВ. При ускоряющем напряжении 20 кВ энергия большей части отраженных электронов достаточна для этого, однако энергия вторичных электронов слишком мала. Для использования наиболее информативных вторичных электронов на сцинтиллятор подается потенциал порядка +12 кВ, который ускоряет низкоэнергетичные электроны. Сцинтиллятор окружен коллектором, который представляет собой металлический цилиндр, находящийся под потенциалом +300 В. Коллектор собирает вторичные электроны и в то же время не оказывает воздействия на первичный пучок.