Растровый электронный микроскоп

О П И С A Н И Е (11)682967

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.02.77 (21) 2450241/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.79 (51) М. Кл."Н 011 37/26

Государственный комитет (53) УДК 621.385.833 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

С. И. Гавриков, В. Г. Дюков, М. И. Коломейцев и Н. Н. Седов (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт управления имени Серго Орджоникидзе (54) РАСТРОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Изобретение относи1ся 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 эквипотснци алей.

Известны растровые электронные микроскопы для измерения потенциального рельефа на поверхности твердых тел (11, содержащие электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок и коллектор вторичных электронов с узкополосным энергетическим анализатором. В данном РЭМ изображение серии эквипотснци алей получается путем многократного экспонирования одного кадра со ступенчатым 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 (2J, содержащий электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическим анализатором, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), пластины вертикального отклонения которой соединены через усилитель с выходом коллектора, генератор пилообразного 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 расположенный между ними трафарет, выполненный в виде непрозрачного экрана с набором прорезей, ориентированным вдоль направления горизонтально15 го отклонения луча в трубке.

Принцип действия такого РЭМ основан на регистрации сдвига кривых задержки спектра вторичных электронов, эмиттированных различными точками поверхности объекта, имеющей потенциальный рельеф.

С помощью данного устройства получают картины эквипотенциалей с минимальной разностью потенциалов в 0,2 В между соседними четко различными эквипотенциаля25

Недостатками известного устройства являются дискретный характер получаемых на нем изображений эквипотенциалей и недостаточно высокая точность измерений, ко30 торая зависит от толщины линии, представ682967

3 ляющей собой осциллограмму кривой задержки спектра вторичных электронов, и угла наклона последней на экране ЭЛТ, а также от стабильности ее формы для различных,урч@н объекта. Толщина линии зависит;: в основном, от соотношения сигналшум напр".ТЖения, поступающего с выхода коллектора через усилитель на пластины вертикального отклонения ЭЛТ, и частот он полосы пропускания видеотракта.

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

Указанная цель достигается тем, по в предлагаемом РЭМ пластины горизонтального отклонения ЭЛТ соединены с цепью строчной развертки видеоконтрольного олока, набор прорезей трафарета ориентирован вдоль направления вертикального огклонения луча ЭЛТ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: 1 — электронно-оптическая часть

РЭМ, 2 — отклоняющие катушки, 3 — впдеоконтрольный 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 — полупрозра иный 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 диапазоне (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 различны,; точек объекта. Напряжение, вырабатываемое усилителем 8, пропорциональное детектируемому сигналу, подается на пластины вертикального отклонения ЭЛТ 9 и обеспечивает модуляцию отклонения электронного луча на экране ЭЛТ в соответствии со значением потенциала в данной точке объ5

1О

-1.) екта. Фоторегистратор 10 улавливает световой сигнал, перенесенный с экрана ЭЛТ в плоскость трафарета 11 с помощью оптической линзы 12. В случае отсутствия потенциального рельефа на поверхности однородного объекта на экране ЭЛТ за каждый 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 построения эквипотенциалей необходимая частотная полоса пропускания видеотракта может быть уменьшена на несколько порядков, что позволяет при том же соотношении сигнал/шум повысить коэффициент усиления и достигнуть более высокой точности построения эквипотенциалей.

Устройство может дополнительно содержать полупрозрачный детектор 13, расположенный в коллекторе вторичных электронов между анализатором и образцом и подключенный на вход регулировки усиления усилителя. Полупрозрачный 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 эквипотенциалей, а следовательно, и измерение потенциала на поверхности твердого тела с точностью

0,01 В.

Формула изобретения

1. Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптическую 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, с целью

682967

Составитель В. Вдовин

Редактор И. Шубина Техред А. Камышникова Корректор T. Добровольская

Заказ 2008/15 Изд. М 492 Тираж 923 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 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., Poy Э. И., Спивак Г. В., Саговаев А. А. Приборы и техника эксперн5 мента, 1974, Мв 5, с. 200.

2. Авторское свидетельство СССР

ЛЪ 517080, кл. Н 01J 37/26, 1974, (прототип!,