34. Зразок у якості детектора.

Рисунок 2.13 – Ілюстрація вхідних та вихідних струмів зразка

Зразок являє собою вузол (рис. 2.13), у який входять (і_вх=і_з) та виходять (і_вих=і_в+і_ве+і_п) електричні струми (і_в, і_ве, і_п – струми відбитих, вторинних та тих, що пройшли мішень електронів).

Якщо зразок не електропровідний або не заземлений провідник, то у цьому випадку і_вх>і_вих, тобто він буде заряджатися. Стікання заряду можна забезпечити за допомогою звичайного заземлення. У цьому випадку струм електронів і_п (його часто називають струмом мішені) становитиме і_з-і_в-і_ве. Таким чином, баланс струмів матиме той вигляд, який задовольняє закон Кірхгофа, а саме: і_вх= і_вих; і_з= і_в+і_ве+і_п..

Щоб позбутися струму вторинних електронів, на зразок подають потенціал +50 В. Тоді баланс струмів матиме вигляд і_з= і_в +і_п.

35. Поняття про контраст, рівняння яскравості та порогове рівняння, їх аналіз.

При малих атомних номерах отримане зображення буде темним, а при великих – світлим. Відносна зміна інтенсивності сигналу у двох сусідніх точках обумовлює контраст (С) на зображенні (2.7)

За величиною сигналу можна розрахувати контраст та отримати певну інформацію про зразок, але наявність флуктуацій (шумів) її обмежує (2.8). Дозволяє для заданого струму пучка розрахувати найменше значення контрасту, що можна спостерігати.

Поряд із пороговим рівнянням для розрахунку параметрів оптимального зображення у РЕМ використовують рівняння яскравості (2.9)

(2.8) та (2.9) показує, що для відображення низького рівня контрасту потрібно істотно збільшити струм пучка, щоб задовольнити порогове рівняння. Але при цьому виникає необхідність працювати з великим діаметром пучка, що, у свою чергу, призводить до втрати інформації у тонкій структурі на зображенні.

36. Обмеження на зображення у рем.

На якість зображення може впливати ряд обмежень, що пов’язані: 1) з роботою електронно-оптичної системи; 2) з контрастом, що створюють зразок та детекторна система; 3) з областю генерації у зразку; 4) з природою вторинних електронів.

Коротко зупинимося на зазначених обмеженнях.

При максимальному контрасті (100%) і досить високій ефективності збору (25%) інформації мінімальний розмір зонда на рівні 5 нм.

Для більшості зразків, які створюють контраст від 1 до 10 %, розмір просторових неоднорідностей лежить у межах 23 – 230 нм. У даному випадку сам зразок обмежує можливість приладу.

Розглянемо міжфазну межу у твердому тілі (рис. 2.17), де мішень являє собою стик двох матеріалів з різко відмінними атомними номерами. Хоча межа між матеріалами різко виражена, але на зображенні вона буде розмитою. Таким чином, можливість визначення положення межі обумовлена природою взаємодії електронного пучка із мішенню.

Положення пучка на лінії сканування

Рисунок 2.17 – До пояснення впливу розміру області взаємодії на зміну сигналу

Інший фактор, який впливає на обмеження зображення, полягає у наступному. Вторинні електрони утворюються падаючим пучком електронів при вході в мішень, а також електронами, що емітуються із мішені. У першому випадку електрони дають інформацію про мікро-неоднорідності або тонку структуру мішені. Електрони, утворені відбитими електронами, створюють шум. Це означає, що обмеження на зображення тонкої структури обумовлюється природою виникнення вторинних електронів.

37. Методи обробки сигналу.

Зворотний контраст. Досягається завдяки відніманню від певного фіксованого значення вхідного сигналу (S_вх). Причому воно повинно відповідати максимальному сигналу (S_max). Таким чином, вихідний сигнал буде визначатися так: . (2.10). У результаті цієї процедури на екрані, ділянки, що спостерігалися світлими та темними, будуть зображатися темними та світлими відповідно. Вик. коли природа сигналу від детектора така, що контраст має протилежний знак стосовно до очікуваного (наприклад, зразок використовується як детектор).

Диференційне підсилення.

Рисунок 2.19– До пояснення диференційного підсилення

Недолік методу полягає в можливості отримання насичених абсолютно білого або абсолютно чорного сигналів, що призводить до часткової втрати інформації (позиція (г)).

Диференціювання сигналу – це метод оброблення, який дозволяє підкреслити високочастотні компоненти на зразку та відповідно згладити низькочастотні. Вх. сигнал диференціюється за часом і на виході подається як S_вих=dS_вх/dt. Операція ефективна лише в тому випадку, коли відношення сигнал/шум істотне.

Змішування сигналів. Кінцевий сигнал на екрані ЕПТ може являти собою суму сигналів, наприклад, від двох детекторів. Можна скомбінувати їх таким чином, щоб вихідний сигнал визначався за співвідношенням , (2.11), де a>0, b<1.

Завдяки другому доданку контраст на краях (межі зерен, міжфазні межі тощо) буде підсилений, а перший доданок відповідає за збереження загальної інформації про об’єкт.

Y-модуляція.

Рисунок 2.21 – Схема утворення зображення у режимі Y-модуляції: 1, 2 - області сканування по зразку та по екрану ЕПТ; 3 - сигнал від попереднього сканування F(x,y,t), 4 - положення горизонтального рядка

На зразку розгортка по осях х та у здійснюється за допомогою відповідного генератора. На екрані ЕПТ положення точки по горизонталі визначається горизонтальним положенням при скануванні впродовж лінії. Положення по вертикалі на екрані визначається величиною сигналу у кожній конкретній точці. Тобто відхилену котушку у напрямку у подають сигнали від генератора розгортки та сигнал від одного із детекторів.

Цінність Y-модуляції полягає у тенденції підсилювання дрібномасштабної структури, яка може поліпшити видимість рельєфу поверхні зразка.