19859

Понятие контраста в растровом электронном микроскопе. Определение предельного разрешения РЭМ. Формирование топографического контраста в РЭМ

Лекция

Физика

Лекция 24 Понятие контраста в растровом электронном микроскопе. Определение предельного разрешения РЭМ. Формирование топографического контраста в РЭМ. Для того чтобы на экране ЭЛТ можно было наблюдать картину отображения образца необходимо чтобы интенсивность свеч

Русский

2013-07-18

553 KB

6 чел.

Лекция 24

Понятие контраста в растровом электронном микроскопе. Определение предельного разрешения РЭМ. Формирование топографического контраста в РЭМ.

Для того чтобы на экране ЭЛТ можно было наблюдать картину отображения образца, необходимо, чтобы интенсивность свечения соседних пикселей была различной. Для того чтобы количественно описать это требование необходимо ввести понятие контрастности изображения.

Если в двух пикселях экрана 1 и 2 (для глаза это соответственно точки) величина одного и того же вторичного излучения, в котором формируется отображение образца, различна по величине и, соответственно различен сигнал S, модулирующий яркость ЭЛТ, то принимается, что существует контрастность изображения между этими точками и мерой контраста является величина

(24.1)

где S1 и S2 – сигнал от элементов изображения 1 и 2, Sср – усредненный по всем элементам уровень сигнала.

Так как картинка на экране ЭЛТ предназначена для человеческого глаза, то применим критерий Рэлея: точки разрешаются (т.е. воспринимаются раздельно), если минимальная интенсивность в промежутке не больше ¾ максимальной интенсивности, т.е. S должно быть > ¼ Smax. Отсюда следует, что два соседних пикселя на ЭЛТ будут восприниматься раздельно, если их контрастность С не меньше 0,25.

При сканировании электронного зонда по одному и тому же участку образца величина  будет меняться, так как коэффициент отражения и коэффициент вторичной электронной эмиссии являются статистическими величинами. Необходимо четко понимать: РЭМ – считывающее устройство дискретных событий. Для дискретных событий всегда существуют флуктуации в счете. Если n – среднее число отсчетов, то отклонение от среднего есть . Подобное случайное изменение полезных сигналов называется шумом. Мера качества сигнала – отношение величины сигнала к шуму. Для рассматриваемого случая сигнал есть n – среднее число электронов с элемента изображения, а шум – . Поэтому должно выполняться условие

dS  5.

Таким образом, для того чтобы контраст С имел место необходимо условие

(24.2)

Величина n определяет минимальное значение среднего числа электронов, которые должны попасть за время t0 на каждый элемент изображения, при условии, что = 1 и все вышедшие из образца электроны попали в детектор, для того чтобы наблюдался заданный контраст.

Считая, что отношение сигнал/шум не меняется на этапах усиления сигнала и воспроизведения на экране ЭЛТ, можно оценить минимально необходимый ток электронного зонда.

Время нахождения зонда на элементе изображения t0 = tк /106, где tк – время сканирования зонда по всему растру. Отсюда, считая, что образец обеспечивает контраст ¼, минимальный ток зонда

(24.3)

где Imin – в А, tк – в секундах.

Яркость электронных пушек = 4I /2d 22 в настоящее время ~ 105 А/см2ср. Отсюда можно оценить диаметр пучка, т.е. размер элемента изображения. Для угла расходимости = 510-3 радиан, tк = 100 с (больше сделать затруднительно из-за временной нестабильности тока зонда), получаем d = 30 Å. Такому размеру элемента изображения отвечает увеличение М = 30 000.

Еще раз отметим, что приведенная оценка базировалась на следующих основных предположениях:

  1.  Образец способен создать контраст ¼.
  2.  Коэффициент электрон-электронной эмиссии = 1 и эффективность сбора электронов = 1.

Если любое из них не выполняется, то необходим больший ток электронного зонда, что автоматически приводит к большим размерам элемента изображения, т.е. к худшей разрешающей способности РЭМ. Уменьшение d возможно при увеличении яркости. Именно по этому пути эволюционируют растровые электронные микроскопы. Использование автоэмиссионных катодов, имеющих большие значения яркости, выигрыша не дает из-за их временной нестабильности (маленькие tк).

Формирование топографического контраста в РЭМ обусловлено угловыми характеристиками отраженных и вторичных электронов. На рис. 24.1. показано формирование контраста в отраженных электронах. Для того чтобы исключить попадание в детектор вторичных электронов на его экран подается потенциал – 50 В. Так как максимальный выход отраженных электронов в случае наклонного падения направлен в направлении зеркального отражения, то с участков образца 1 и 3 сигнала в отраженных электронах практически не будет. С участков 2 и 4 сигнал будет максимальным при расположении детектора, показанного на рисунке. Перемещая детектор, можно добиться того, что сигнал с участков 2 и 4 практически пропадет, а с участка 3, наоборот, сделается максимальным. Величина контраста в приведенном примере определяется различием в числе электронов, отраженных различными участками образца.

Формирование контраста во вторичных электронах показано на рис. 24.2. В этом случае на экран детектора подается потенциал + 250 В, который втягивает вторичные электроны (синие стрелки) в детектор.

Рис.24.2

Контраст во вторичных электронах формируется за счет того, что коэффициент выхода вторичных электронов зависит от угла падения первичного пучка на образец () = /cos, где – коэффициент выхода вторичных электронов при облучении по нормали к поверхности. Поэтому количество вторичных электронов с участка 1 максимально, а с участков 2 и 3 примерно равны друг другу. Следует иметь в виду, что отраженные электроны также попадут в детектор, поэтому к контрасту во вторичных электронах добавляется контраст в отраженных электронах. Поэтому максимальный сигнал с детектора даст участок 4 – большое количество как вторичных, так и отраженных электронов. Если переместить детектор, то ситуация может измениться.

Вторичные электроны способны создать очень большой топографический контраст. Посчитаем контраст во вторичных электронах для двух участков образца, наклоненных относительно нормали к поверхности под углами 1 и 2. В этом случае контраст

.

При 1 = 30о и 2 = 60о получается величина контраста C = 0,54. Даже при близких углах, например, 1 = 60о и 2 = 65о C = 0,17.

Вышеприведенные выводы проиллюстрированы микрофотографиями, полученными при разных режимах работы РЭМ.

На рис. 24.3 приведены фотографии одного и того же участка напыленной золотой пленки, снятые при одинаковом увеличении М = 36 000 при различных ускоряющих напряжениях.

Видно, что разрешение лучше при большем ускоряющем напряжении.

Рис. 24.3

На рис. 24.4 приведены фотографии одного и того же участка керамического образца, снятые при одинаковом увеличении М = 5400 и ускоряющем напряжении 10 кВ при различных значениях Iз.

Видно, что большим значениям тока соответствует лучшее разрешение.

Рис. 24.4

Влияние расположения детектора показано на фотографиях, приведенных на рис. 24.5.

Снят один и тот же участок поверхности асбестовой нити при увеличении М = 2 200, ускоряющем напряжении 7 кВ при различных ориентациях детектора.

Рис. 24.5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33139. Постановка танца 24 KB
  Перед тем как приступить к постановке того или иного танца нужно хорошо усвоить его содержание и характер а также в совершенстве изучить все его движения. Приступая к разучиванию народного танца руководитель кратко рассказывает его содержание предлагает прослушать музыку после этого можно приступать к постановке. Когда все движения танца изучены можно приступать к разучиванию фигур и построению.
33140. Разбор танца по записи 25 KB
  Работа над постановкой танца по записи значительно обогащает руководителя. Он знакомится с опытом ведущих мастеров расширяет знания и возиожности применения выразительных средств хореографии в создании танца. Каждая запись танца состоит из 4х частей: Даются основные сведения о танце: название образное описание содержания особенности танца композиция манера исполнения число и состав исполнителей даются рекомендации о возможных изменениях в составе указывается автор музыки как ее нужно исполнять приведен музыкальный размер.
33141. Создание танца 23.5 KB
  Приступая к созданию того или иного танца руководитель должен прежде всего выбрать интересный сюжет. Выбрав сюжет и определенный характер танца подбирают к нему музыкальное сопровождение. Бывают случаи когда неудачно подобранная музыка снижает качество хорошо задуманного танца.
33142. Начальные этапы работы балетмейстера над созданием хореографической постановки 23.5 KB
  Создание сценического народного танца начинается с замысла. Из этих образов рождается порой содержание танца. Балетмейстер возьмет за основу проявление в жизни этих возвышенных качеств человека содержание и характер взаимоотношений между людьми и отразит с помощью поэтического языка сценического танца. Иной раз это своеобразие манеры исполнения танца выражающий характер взаимоотношений между танцующими или композиционный прием который образно раскрывает содержание постановки.
33143. Основные выразительные средства хореографического искусства 34 KB
  Особенности исполнительства танца в том что содержание любого эмоционального состояния муз. Создание танца передается с помощью богатейшей палитры выразительных средств. К выразительным средствам танцевального искусства относятся: лексика танца композиционный рисунок Хореографическая лексика язык танца его основные движения положения тела различные жесты. Лексика бывает: основная танцевальная действенная подражательная ассоциативная Основная хореографическая лексика используется в постановке танцевального номера в...
33144. Подбор репертуара в детском танцевальном коллективе 26 KB
  Основой репертуара ДТК являются народные танцы. Хорошо усеваемые школьниками простотой рисунка жизнерадостностью веселой музыкой чешские танцы соответствуют требованиям репертуар ДТК. Польские танцы краковяк мазурка сложные по своим движениям их можно использовать с детьми старшего возраста. Танцы должны напоминать увлекательную игру.
33145. Крепостной балет 17.45 KB
  Что же представляют собой крепостные театры До сих пор сохраняют музей бывшего Подмосковья Останкино Кускова сценические площадки о оборудование крепостных театров графов Шереметьевых. Труппы крепостных балетных театров складывались поразному: в одни в качестве педагогов и балетмейстеров приглашали иностранных хореографов в других основную педагогическую работу вели постоянные балетмейстеры и учителя из крепостных. Иногда богатые владельцы театров посылали своих артистов на выручку в Петербург Москву или даже за границу а бывало...
33146. Становление белорусского балетного искусства 20.99 KB
  Значительным событием для театра стала постановка первого национального балета Соловей музыка М. Заметным событием в истории национального балета является и постановка балета Князьозеро . После ремонта и реконструкции здания театра поврежденного бомбежкой деятельность театравозобновилась Очень скоро Белорусский театр оперы и балета вошёл в число признанных лидеров на культурном пространстве СССР.
33147. У истоков профессиональною искусства Беларуси 16.79 KB
  Без скоморохов известных на территории Белоруссии с XII столетия и называвшихся тогда гудцами плясцами а позже блазнами музыками медведниками не обходился ни один народный праздник они исполняли важные роли на свадьбе были заводилами хороводов являлись центральными фигурами различных обрядов. Хореография играла немалую роль в спектаклях школьного театра существовавшего в Белоруссии с конца XVI века где в антрактах между действиями драмы исполнялись сатирические интермедии на бытовую тематику с народными песнями и танцами. Песенный и...