Растровый электронный микроскоп Советский патент 1979 года по МПК H01J37/26 

1

Изобретение относится к области электронно-оптического приборостроения.

Растровый электронный микроскоп (РЭМ) позволяет наблюдать структуру потенциального рельефа на поверхности твердых тел. Наиболее полным информативным количественным отображением потенциального рельефа является картина эквипотенциалей.

Известны растровые электронные микроскопы для измерения потенциального рельефа на поверхности твердых тел 1, содержащие электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок и коллектор вторичных электронов с узкополосным энергетическим анализатором. В данном РЭМ изображение серии эквнпотенциалей получается путем многократного экспонирования одного кадра со стуненчатьш сдвигом вручную положения области пропускания анализатора по энергиям, а точность построения картины эквипотенциалей очень низка (2-3 эВ) и ограничивается полушириной максимума кривой энергетического распределения медленных вторичных электронов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является РЭМ 2, содержапхий электронно-оптическую часть, вндеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическим

анализатором, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), пластины вертикального отклонения которой соединены через усилитель с выходом коллектора, генератор пнлообразного напряжения, соединенный с управляющим электродом анализатора и с пластинами горизонтального отклонения трубки, включенный на вход видеоконтрольного блока фоторегистратор, фоточувствительная

поверхность которого ориентирована на экран ЭЛТ, и расноложенный меледу ними трафарет, выполненный в виде непрозрачного экрана с набором прорезей, ориентированным вдоль направления горизонтального отклонения луча в трубке.

Иринцип действия такого РЭМ основан на регистрации сдвига кривых задержки спектра вторичных электронов, эмиттированных различными точкамн иоверхноети

объекта, имеющей потенциальный рельеф. С помощью данного устройства получают картины эквипотенциалей с минимальной разностью потенциалов в 0,2 В между соседними четко различными эквипотенциалями.

Недостатками известного устройства являются дискретный характер получаемых на нем изображений эквипотенциалей и недостаточно высокая точность измерений, которая зависит от толщины линии, представляющей собой осциллограмму кривой задержки спектра вторичных электронов, и угла наклона последней на экране ЭЛТ, а также от стабильности ее формы для различны.х,рчй1«субъекта. Толщина линии зависит, в 6с1ювном, от соотношения сигналшум напрЖКёния, иоступаюш,его с выхода коллектора через усилитель на пластины вертикального отклонения ЭЛТ, и частотной полосы пропускания видеотракта.

Цель изобретения - повышение точности измерения потенциала на поверхности твердого тела.

5казаыная цель достигается тем, что в предлагаемом РЭМ нластины горизонтального отклонения ЭЛТ соединены с цепью строчной развертки видеоконтрольного олока, набор прорезей трафарета ориентирован вдоль направления вертикального отклонения луча ЭЛТ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: 1 - электронно-оитическая часть РЭМ, 2 - отклоняющие катушки, 3 - вндеоконтрольный блок, 4 - объект, 5 - коллектор вторичных электронов, 6 - энергетический анализатор, 7 - детектор, - усилитель, 9 - электронно-лучевая трубка, 10 - фоторегистратор, 11 - трафарет, 12- оптическая линза, 13 - полупрозрачный детектор.

РЭМ работает следующим образом.

Электронный зонд, формируемый в колонне электронно-оптической части 1, отклоняется с помощью катушек 2 и генераторов строчной и кадровой разверток блока 3 так, что он выписывает на изучаемой поверхности объекта 4 растр. Эмиттированные вторичные электроны собираются входными электродами коллектора 5 и, ускорившись, проходят через анализатор 6. Анализатор 6 действует как пороговый, т. е. пропускает электроны с энергией, превышающей определенное значение. «Высота порога устанавливается на необходимом уровне подачей на управляющий электрод анализатора постоянного напряжения относительно объекта. Так как медленная компонента вторичных электронов обладает определенным спектром с полушириной максимума около 3 эВ, то количество прошедших анализатор электронов в определенном дианазоне (около 1 В) зависит линейно от разности потенциалов между управляющим электродом анализатора и эмиттирующим микроучастком образца.

В процессе работы РЭМ на входе детектора 7 вырабатывается сигнал, соответствующий эмиссионной способности различных точек объекта. Напряжение, вырабатываемое усилителем 8, пропорциональное детектируемому сигналу, подается на пластины вертикального отклонения ЭЛТ 9 и обесиечивает модуляцию отклонения электронного луча на экране ЭЛТ в соответствии со значением потенциала в данной точке объекта. Фоторегистратор 10 улавливает световой сигнал, перенесенный с экрана ЭЛТ в плоскость трафарета И с помощью оптической линзы 12. В случае отсутствия потенциального рельефа на поверхности однородного объекта на экране ЭЛТ за каждьп период строчной развертки будет вычерчиваться горизонтальная линия, которая .может целиком «просвечивать через одну из

щелей трафарета. При наличии потенциального рельефа на экране ЭЛТ вычерчивается зависимость потенциала от координаты па поверхности объекта вдоль линии сканирования, и фоторегистратор улавливает прерывистый сигнал от разных щелей трафарета, вырабатывая тем самым видеосигнал картины эквипотенциалей.

В данном устройстве за счет изменения принципа оптоэлектронного формирования

видеосигнала для ностроения эквипотенциалей необходимая частотная полоса пропускания видеотракта может быть уменьшена на несколько порядков, что нозволяет при том же соотношении сигнал/шум повысить

коэффициент усиления и достигнуть более высокой точности построения эквипотенциалей.

Устройство может дополнительно содержать полунрозрачный детектор 13, расположенный в коллекторе вторичных электронов между анализатором и образцом и подключенный иа вход регулировки усиления усилителя. Полунрозрачный детектор позволяет регистрировать относительный ток

вторичных электронов до попадания их в анализатор и путем регулировки коэффициента усиления усилителя достигнуть постоянных значений амплитуды и угла наклона кривой задержки на экране ЭЛТ.

Таким образом исключается влияние микрогеометрии поверхности объекта на точность построения эвипотенциалей. Описанное устройство при использовании дополнительного полупрозрачного детектора обеспечивает построение эквииотенциалей, а следовательно, и измерение потенциала на поверхности твердого тела с точностью 0,01 В.

Формула изобретения

1. Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптичеекую часть, видеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическим анализатором, электронно-лучевую трубку, пластины вертикального отклонения которой соединены через усилитель с выходом коллектора, включенный на вход видеоконтрольного блока фоторегистратор, фоточувствительная поверхность которого ориентирована на экран электронно-лучевой трубки, и расположенный «между ними фоторегистратор-экран, выполненный в виде непрозрачного экрана с набором прорезей, отличающийся тем, что, е целью

повышения точности измерения потенциала на поверхности твердого тела, пластины горизонтального отклонения электронно-лучевой трубки соединены с цепью строчной развертки видеоконтрольного блока, при этом набор прорезей трафарета ориентирован вдоль направления вертикального отклонения луча электронно-лучевой трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Дюков В. Г., Роу Э. И., Спивак Г. В., Саговаев А. А. Приборы и техника эксперимента, 1974, № 5, с. 200.

2.Авторское свидетельство СССР № 517080, кл. Н 01J 37/26, 1974, (прототип).

7/