24 Побудова зображення

Інформація, отримана за допомогою електронно-оптичної та детекторної системи, у РЕМ складається із координат положен­ня пучка на зразку і відповідного набору інтенсивностей сигна­лів від кожного детектора. Цю інформацію можна відобразити двома способами.

Сканування упродовж строчки. У цьому випадку пучок рухається по одній лінії. У результаті синхронного сканування по зразку та екрану ЕПТ створюється однозначна відповідність між послідовністю точок у просторі об'єкту і у просторі зобра­ження (екран трубки). Якщо сигнал від одного із детекторів, наприклад, детектора вторинних електронів, використати для відхилення пучка електронів ЕПТ у напрямку у, то на екрані з'явиться крива лінія (рис 2.2). При такому відображенні на ек­рані трубки положення по горизонталі відповідає відстані упро­довж лінії на зразку, а відхилення по вертикалі відповідає інтен­сивності сигналу. Наприклад, якщо використати для модуляції інтенсивності сигнал від детектора рентгенівського випроміню­вання, то можна отримати розподіл того чи іншого елемента на зразку.

Рисунок 2.2 - Принцип відображення інформації при скануванні упро­довж строчки: 1,2-області сканування по зразку та по екрану ЕПТ; 3-положення пучка на зразку;4 -рівень максимального сигналу; 5-положення пучка при скануванні впродовж лінії з модуляцією по осі у; 6-положення пучка без модуляції вздовж осі у; 7-рівень нульового сигналу. Р(х,у,і)-функція передачі інформації

Режим сканування упродовж строчки використовується у випадку, коли потрібно знати профіль сигналу, наприклад, перед проведенням досліджень топології поверхні з метою отримання зображення та ін.

Сканування по площині. При формуванні звичайного зо­браження пучок сканує по зразку за двохмірним растром (х,у). Аналогічно відбувається сканування променя електронів по ек­рану ЕПТ (рис. 2.3). При цьому встановлюється однозначна від­повідність між положенням пучка на зразку та точками на екрані трубки.

Рисунок 2.3 - Принцип відображення інформації при скануванні по пло­щині: 1,2-області сканування по зразку та по екрану ЕПТ; І -інтенсивність Для відображення інформації про взаємодію електронного пучка з об'єктом використовується яскравісна модуляція, а саме,

інтенсивність сигналу від одного з детекторів використовують для керування яскравістю плями на екрані ЕПТ.

Таким чином, створення зображення у РЕМ заключається в побудові картинки на екрані ЕПТ. У цьому полягає основна від­мінність растрового від просвічуючого, у якому інформація ре­єструється безпосередньо на фотопластинку та оптичного мік­роскопів.

У РЕМ, завдяки операції відображення внаслідок синхронно­сті розгорток, встановлюється геометричний зв'язок між будь-яким довільно вибраним набором точок, наприклад, трикутник або квадрат на зразку зображено трикутником або квадратом на екрані ЕПТ.

Збільшення

Збільшення на зображенні у РЕМ залежить від довжини лінії сканування по зразку та від розміру екрана ЕПТ. Якщо розмір екрану за горизонталлю позначити через L, а довжину лінії упродовж якої відбувається сканування на зразку позначити че­рез І, то збільшення визначатиметься за співвідношенням:

(2.1)

Важливим поняттям в РЕМ, пов'язаним зі збільшенням, є елемент зображення, розмір якого потрібно знати при растрово-мікроскопічних дослідженнях.

Елементом зображення називають область зразка, на яку падає пучок електронів і інформація з якої передається для фор­мування зображення однієї плями на екрані ЕПТ.

Діаметр елемента зображення залежить від збільшення на­ступним чином:

(2.2)

Дане поняття є фундаментальним при трактуванні умови фо­кусування та глибини фокусу. Зображення є точно сфокусова­ним, коли область, зондована пучком на зразку, менша, ніж елемент зображення.

Для отримання оптимальної якості зображен­ня потрібно мати струми пучка максимальні, а діаметр пучка повинен бути достатньо малим порівняно з елементом зобра­ження.

Відмітимо деякі важливі моменти, пов'язані із збільшенням у РЕМ.

Оскільки довжина розгортки L фіксована і у більшості при­ладів складає 10 см, то збільшення буде регулюватися за до­помогою довжини відрізка сканування /. Таблиця 2.1 ілюструє залежність розмірів області сканування та діаметра елемента зображення від збільшення.

При дослідженні поверхні потрібно використовувати комбі­націю зображень, що отримані як при низьких, так і при великих збільшеннях. Для повного описання об'єкта потрібно проводити фотографування у режимах різних збільшень та відзняти не одну ділянку на зразку.

Збільшення у РЕМ залежить тільки від струму збудження у відхиляючих котушках Збільшення не залежить від струму збу­дження у обмотках об'єктивної лінзи, яким визначається фоку­сування пучка.

При зміні збільшення зображення не повертається навколо осі, оскільки струм збудження у котушках об'єктиву є постій­ним. Поворот зображення буде відбуватися при зміні робочої відстані від полюсного наконечника об'єктивної лінзи до зразка завдяки тому, що змінюється струм збудження у котушках лінзи при фокусування пучка.

Глибина фокусу

Розглянемо зразок з шорсткою поверхнею (рис. 2.4). При дослідженні такого об'єкта різні ділянки знаходяться на різних робочих відстанях. А це значить, що діаметр зонда буде різним у залежності від робочої відстані, тобто виникає якесь кутове роз­ходження пучка вище та нижче площини оптимального фокусу­вання. Існує деяке оптимальне значення діаметра пучка, при якому ще можливе спостереження чіткого зображення ділянки зразка з шорсткою поверхнею. Зазначене розходження пучка визначається глибиною фокусу (F), яка у мкм виражається на­ступним чином:

(2.3) (2.4)

де /Зо- апертура пучка. Щоб збільшити глибину фокуса при фіксованому діаметрі пучка, необхідно або зменшити збільшення, або зменшити апер­туру пучка. Але, щоб можна було спостерігати певні неоднорід­ності на поверхні, потрібне високе збільшення, тому змінюють глибину фокусу апертурою пучка. Апертура пучка розраховуєть­ся за формулою:

де D - діаметр апертурної діафрагми; В - робоча відстань.

Діаметр апертурної діафрагми має значення 100, 200 та 600 мкм. Робоча відстань складає порядку 10 мм, у деяких приладах може бути збільшена до 50 мм. Про типові значення глибини фокусу можна судити з таблиці 2.2.

Рисунок 2.4 — Схема, що ілюструє глибину фокусу: 1 -пучок; 2-напрямок сканування; 3-фрагмент поверхні зразка; 4-площина оптимального фоку­сування; 5-область чіткого зображення; F-глибина фокусу З урахуванням вищесказаного існує два різних режиму робо­ти для РЕМ:

Режим великої глибини фокусу (використовується при ви­вченні поверхонь з яскраво вираженою топологією). Для цього глибина фокуса повинна бути максимальною за рахунок вибору найменш можливої діафрагми та найбільшої робочої відстані.

Режим великої роздільної здатності. Використовується при роботі з великими збільшеннями. При цьому потрібно мати мі­німальну робочу відстань, а діаметр діафрагми вибирається максимально можливим (таким, щоб можна було позбутися аперту­рних аберацій лінз).