УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ Советский патент 1970 года по МПК H01J37/26 

Настоящее изобретение относится к электронной микроскопии. Устройство предназначается для локального измерения электрических потенциалов на поверхности твердых тел (полупроводниковых приборов, микрорадиоэлектронных схем, активных эмиттеров и т. д.), а также для измерения энергетического спектра электронов, эмиттированных с локального микроучастка поверхности образца при любом виде эмиссии в эмиссионном электронном микроскопе.

Известны устройства, содержащие эмиссионный электронный микроскоп, содержащий в ПЛОСКОСТИ конечного изображения диафрагму, приемник электронов и индикатор, например кинескоп, в котооом модулятор соединен с приемником заряженных частиц, а развертка синхронизирована с разверткой изображения в микроскопе.

Такие устройства позволяют снять только интегральную информацию о распределении электронов по энергиям при эмиссии, хотя наибольщий интерес представляют данные об эмиссионных свойствах отдельных микрообластей эмиттеров.

С помощью данного устройства информация о потенциальном рельефе может быть получена nyTeNt непосредственного отсчета абсолютных значений потенциала в данной точке образца, а также автоматическим построением

потенциалей с измеренным значением на наблюдаемом участке изображения поверхности образца. Кроме того, как отмечалось выше, с помощью данного устройства можно снять кривые задержки для эмиттированных с данного элемента эмиттера электронов или же получить его изображение в электронах с определенной фильтрацией по энергиям.

Предлагаемое устройство для измерения потенциалов на поверхности твердых тел и энергетических спектров электронов, эмиттированных с поверхности твердых тел, отличается от известных устройств аналогичного назначения тем, что для повышения точности измерений и определения локальных значений из.меряемых величин между диафрагмой и приемником электронов располол ен фильтр, пропускающий электроны, энергия которых превышает заданный уровень, выполненный в виде последовательно расположенных по пути электронного пучка задерживающего электрода с сетками и ускоряющего электрода.

Устройство схематически изображено на чертеже.

В верхней части откачиваемой колонны микроскопа помещен образец / с иммерсионной линзой. Он соединен с источником 2 ускоряющего напряжения и может извне перемещаться относительно оптической оси. Изображение в эмиттированных с его поверхности электронах формнруется в плоскости люминеcuHpyioutero экрана 3 с небольшим отверстием 4 на оси и может наблюдаться через окно в колонне. За экраном на пути электронного луча помещен электрод 5, соединенный € образцом через источник регулируемого постоянного напряжения, с помощью которого потенциал этого электрода в работе может быть сделан либо положительным либо отрицательным относительно образца. Это сменхение отмечается вольтметром 5с нулевой точкой в середине щкалы. В приосевой части электрода 5 имеется отверстие, диаметр которого близок к толщине электрода. Две мелкоячеистые сетки 7 закрывают отверстие с двух стороп. За электродом 5 установлен еще один электрод 8 с отверстием по оси, закрытым мелкоячеистой сеткой больщей прозрачности, как и предыдущие. Под трехэлектродной системой расноложен экран со сцинтиллятором 9. Против экрана установлеп фотоумножитель 10, который соединен с источником питания, микроамперметром 11 и усилителем 12, входное сопротивление которого служит нагрузкой фотоумнол ителя. Выход усилителя подключен к модулирующему электроду 13 кинескопа 14. Электронный луч кинескопа отклоняется по экрану катзщками 15, которые соединены носледовательно с отклоняющими катушками в колонне прибора 16 и генератором 17 пилообразного тока. Работает предлагаемое устройство следующим образом. Эмиттированные с поверхности образца / электроны ускоряются и фокусируются на экране 3 с отверстием 4. Часть пучка электронов, эмиттированных с элемента поверхности образца, размер которого определяется отпощением диаметра отверстия 4 к электроннооптическому увеличению изображения в плоскости экрана 3, проходит через него и нопадает -в задерживающее поле перед электродом 5. Применение достаточно мелкоячеистых сеток 7 обеспечивает образование внутри полости электрода 5 между сетками 7 эквипотенциального слоя, нотеициал которого равен потенциалу самого электрода 5. Электроны, энергии которых было достаточно для преодоления задерживающего поля, после пролета эквипотенциального слоя нопадают в ускоряющее поле перед электродом 8 и с прежней энергией эффективно возбуждают свечение сцинтиллятора 9. Это свечение преобразуется фотоумножителем 10 в ток, отмечаемый микроамперметром //. Таким образом, в пределах плотностей токов, обеснечивающих линейную зависимость свечения сцинтиллятора 9, стрелочный прибор 11 отсчитывает относительнь1Й ток электронов, прощедщих через отверстие 4 и дошедших до сцинтиллятора 9. элементы в работе не участвуют. Для простоты можно нредполо}кить, что поверхность образца имеет две области, к одной из которых подсоединен высоковольтный источник 2, а другая имеет иной потенциал, значение которого надо измерить. Удельная, например вторичная, эмиссия на всей наблюдаемой поверхности образца одинакова. Оператор наблюдает изображение образца на экране 3 и следит за показаниями микроамнерметра 11 и вольтметра 6. В исходном положении образце передвигают так, чтобы отверстие 4 на экране 3 приходилось на ту его часть, которая подсоединена к источнику питания. Регулируя с помоп1ью потенциометра смещение на электрод 5 так, чтобы вольтметр 6 показывал нулевое с.мещение на образце. отмечают цоказание микроамперметра 11. Затем передвигают образец так, чтобы отверстие 4 приходилось па ту область изображения, потенциал которого надлежит измерить, меняют величину смещения до установления исходного тока микроамперметра //. В этом случае показание вольтметра соответствует потенциалу в данной точке образца с точностью, допускаемой стабильностью работы питающих устройств и точностью приборов. Следует отметить, что нестабильность высоковольтного источника 2 сказывается на точности измерений меньше, чем нестабильность остальных источников п тания. При включении развертки изображение оО разца / на экране кинескопа 14 составляете;, из светлой и темной частей, которые соответствуют вышеупомянутым областям на образце, причем одна часть изображения (темная) формируется в задержанных электронах, а другая - в полностью прошедших. Граница между темным и светлым участками изображения является эквипотенциалью. Пня перемещается при изменении потенциала задержки, выявляя топографию потенпияльного рельефа. Значение потенциала, одинаковое по всей границе, изменяется с точностью, не превышающей щирину крутой части кривой задерл ки электронов для данного вида .миссии, причем для повыщения точности спектр электронов в иммерсионном объективе можно обузить . применением тонкой апертурной диафрагмы. Перечисленные измерения могут иметь место и в случае, когда измеряемые потенциалы являются быстропеременными, путем стробоскопического наблюдения -переходных процессов. Для измерения энергетического спектра эмиттированных электронов с данного элемента поверхности образца снимают кривую задержки как зависимость показаний микроамперметра 11 от напряжения задержки. Даее путем графического дифференцирования нолучают требуемую кривую (в нринципе анное устройство допускает автоматическое получение локальных спектров эмиссии при

гия с последующим дифференцированием сигшла).

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения потенциалов la поверхности твердых тел и энергетических шектров электронов, эмиттированных с по ерхности твердых тел, включающее в себя шектронный эмиссионный микроскоп, содеркащий- в плоскости конечного изображения щафрагму, нриемник электронов и индикаор, например кинескоп, в котором модулятор

соединен с приемником электронов, а развертка синхронизирована -с разверткой изображения в микроскопе, отличающееся тем, что, с целью определения локальных значений измеряемых величин и повышения точности измерений, между диафрагмой и приемником электронов расположен фильтр, пропускающий электроны, энергия которых превышает заданный уровень.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный фильтр выполнен в виде последовательно расположенных на пути электронного пучка задерживающего электрода с сетками и ускоряющего электрода.