Растровый электронный микроскоп (РЭМ)

• Детектирование вторичных электронов

Для определения  вторичных электронов используется детектор Эверхарта-Торнли, позволяющий селективно идентифицировать электроны с энергией менее 50 эВ.

• Детектирование отражённых электронов

Некоторые модели микроскопов оснащены высокочувствительным полупроводниковым детектором обратно-рассеянных электронов. Детектор смонтирован на нижней поверхности объективной  линзы либо вводится на специальном  стержне под полюсной наконечник. Это позволяет путем выбора режима из меню получить изображения топографии поверхности, изображение в композиционном контрасте или в темном поле.Для анализа элементного состава применяется рентгеноспектральный микроанализ, в котором детектируется характеристическое рентгеновское излучение вещества, возникающее при облучении поверхности образца электронами. Существует энергодисперсионные (EDX) и волнодисперсионные (WDX) анализаторы.

До настоящего времени используются энергодисперсионные  спектрометры с азотным охлаждением, однако в последние годы производители переходят на безазотные детекторы.

2.5 Разрешение

     Пространственное  разрешение сканирующего электронного микроскопа зависит от поперечного  размера электронного пучка, который, в свою очередь зависит от электронно-оптической системы, фокусирующей пучок. Разрешение также ограничено размером области взаимодействия электронного зонда с образцом. Размер электронного зонда и размер области взаимодействия зонда с образцом намного больше расстояния между атомами мишени. Таким образом, разрешение сканирующего электронного микроскопа не достаточно для отображения атомных плоскостей и даже атомов, в отличие от современных просвечивающих микроскопов. Тем не менее, растровый электронный микроскоп имеет ряд преимуществ перед просвечивающим микроскопом. Это — визуализация сравнительно большой области образца, исследование массивных объектов (а не только тонких пленок), набор аналитических методов, позволяющих измерять состав и свойства изучаемого объекта.

     В зависимости от конкретного прибора  и параметров эксперимента, может  быть получено разрешение от десятков до единиц нанометров. На 2009 год наилучшее разрешение было достигнуто на микроскопе Hitachi S-5500 и составило 0.4 нм (при напряжении 30 кВ)^[10].

     Как правило, наилучшее разрешение может  быть получено при использовании  вторичных электронов, наихудшее — в характеристическом рентгеновском излучении. Последнее связано с большим размером области возбуждения излучения, в несколько раз превышающим размер электронного зонда. При использовании режима низкого вакуума разрешение несколько ухудшается. 

2.6  Подготовка объектов

     Порошковые  материалы наносятся малым количеством, как правило, на проводящий углеродный скотч. Массивные (не порошковые) образцы  фиксируются либо на тот же скотч, либо на серебряный или углеродный клей.

     Если  образцы непроводящие, то на них  напыляется тонкий проводящий слой для  снятия заряда и экранирования падающего  пучка от накопленного в объеме материала  заряда. Это может быть любое проводящее вещество, однако, чаще всего используют углерод, золото или сплав золота с палладием. Первый полезен для рентгеновского микроанализа. Напыление золота или сплава на его основе позволяет получать микрофотографии с бо́льшим увеличением чаще (всего без собственной визуализации). Иногда, в случае напыления золотом, бывают заметны нанесенные частицы или дефекты в напыленном слое. Однако при напылении золотом получаются более светлые изображения, по сравнению с углеродом. Если невозможно напыление пленки на образец, то возможно снятие зарядки с образца на вводимую в камеру атмосферу (обычно азот). Для получения более четких изображений в современных микроскопах возможно локальное подведение газа.

3. Применение и основные мировые производители сканирующих электронных микроскопов

    Растровые микроскопы применяются как исследовательский  инструмент в физике, электронике, биологии и материаловедении. Их главная функция — получение изображения исследуемого образца, которое зависит от регистрируемого сигнала. Сопоставление изображений, полученных в разных сигналах, позволяют делать вывод о морфологии и составе поверхности. Растровый электронный микроскоп практически единственный прибор, который может дать изображение поверхности современной микросхемы или промежуточной стадии фотолитографического процесса.

• Характеристики растрового электронного микроскопа Magellan™ XHR SEM

• Разрешение при  оптимальной рабочей дистанции

–– 0.8 nm at 15 kV

–– 0.8 nm at 2 kV

–– 0.9 nm at 1 kV

–– 1.5 nm at 200 V

• Разрешение в  точке схождения

–– 0.8 nm at 15 kV

–– 0.9 nm at 5 kV

–– 1.2 nm at 1 kV 

Основные  мировые производители  сканирующих электронных  микроскопов

• Carl Zeiss NTS GmbH — Германия
• FEI Company — США (слилась с Philips Electron Optics)
• FOCUS GmbH — Германия
• Hitachi — Япония
• JEOL — Япония (Japan Electron Optics Laboratory)

Источники 

1. Дэннис МакМиллан. Сканирующая электронная микроскопия в период с 1928 по 1965 год
2. ^{1 2 3} Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Ф. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в двух книгах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. 303 с.
3. Интернет, Википедия