Застосування

7.1 Застосування

Електронний растровий мікроскоп призначений для дослідження тонкої структури металів і сплавів у вторинних, відбитих і поглинених електронах, а також для дослідження поверхні зломів шляхом візуального спостереження і фотографування.

За допомогою електронного мікроскопа, використовуючи малі збільшення до 20X можна спостерігати великі площі поверхні, а також одержувати знімки окремих ділянок ушкоджень і зломів при 100000 кратному збільшенні.

Найбільш важливі області застосування:

1) аналіз експлуатаційних ушкоджень;

2) джерело інформації про внутрішню будову металу;

До можливостей мікрофотографії варто віднести:

а) виявлення ліній утоми;

б) спостереження водневої крихкості;

в) вивчення дефектів росту кристалів;

г) виявлення високотемпературної дислокації включень.

7.2 Принцип дії

Електронний промінь у виді тонкого пучка електронів (діаметр пучка  10 нм) обігає (сканує) зразок по рядках крапку за крапкою і синхронно передає сигнал на кінескоп. При влученні електронного променя в яку-небудь точку зразка відбувається вибивання з його матеріалу вторинних електронів і відбитих електронів.

Електронний зонд являє собою тонкий пучок електронів приблизно циліндричної форми, при впливі його на зразок збуджуються однаково малі плями електронного порушення. Цим порозумівається гарна глибина різкості зображення при растровій електронній мікроскопії.

Первинний електронний промінь (зонд) формується у вакуумному стовпчику (електронній гарматі) растрового електронного мікроскопа (мал.6). Електрони вилітають з розжарюваного катода, і прискорюються електричним полем напругою 1-50 кв. Промінь фокусується трьома електромагнітними конденсорними лінзами і за допомогою котушок, що відхиляють, сканується за зразком.

Випроменені зразком електрони викликають у сцинтилляторі світлові спалахи (фотони). Швидкі пружно розсіяні (відбиті) електрони з високою енергією без значного підведення енергії попадає в сцинтиллятор; вторинні електрони з низькою енергією при русі до сцинтиллятору одержують прискорення в результаті додатка електричного поля. Світлові промені залишають вакуумну камеру через світловод і в фотомножнику, що примикає до нього перетворюються у світлові імпульси. За допомогою останніх, об'єкт начебто висвітлюється сцинтиллятором, установленим на бічній стороні об'єкта, а спостереження ведеться з боку напрямку первинного електронного променя.

РОЗДІЛ ІІ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ

За допомогою електронного мікроскопа, використовуючи малі збільшення до 20X можна спостерігати великі площі поверхні, а також одержувати знімки окремих ділянок ушкоджень і зломів при 100000 кратному збільшенні.

Найбільш важливі області застосування:

1) аналіз експлуатаційних ушкоджень;

2) джерело інформації про внутрішню будову металу;

аналіз поверхні напівпровідникових матеріалів.

Для виконання дипломної роботи було поставлено таку задачу:

Вивчити будову та принцип роботи електронного мікроскопа.

Вивчити конструкцію та принцип роботи растрового електронного мікроскопа.

Провести юстировку електронно-оптичної схеми електронного мікроскопа.

Розробити схему сканування.

Виготовити пристрій для реєстрації електронів.

Розробити схему для реєстрації фотонів.

Приготовити металеві та напівпровідникові зразки для досліджень.

Провести дослідження поверхні зразків.

Оформити результати.

РОЗДІЛ ІІІ. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

В ході проведення експериментальної частини дипломної роботи були використані такі прибори:

Електронний мікроскоп TESLA BS500. Гарантована дозволяюча здатність якого 7 , коефіцієнт збільшення 500 – 100000

Підсилювач електрометричний У5-7. Гранична чутливість якого 10^-10 А (V)

Циліндр Фарадея. (Виготовлений вручну)

Фотодіод

Генератор пилкообразних імпульсів

Самописець

П
ід час виконання дипломної роботи було проведено юстировку електронно-оптичної схеми електронного мікроскопа, розроблено схему сканування і виготовлено пристрій для реєстрації електронів.

Мал. 7. Схема реєстрації вторинних електронів

1. – катод. 2. – анод. 3. – відхиляючі котушки. 4. – циліндр Фарадея. 5. – зразок. 6. – підсилювач електрометричний У5-7. 7. – самописець. 8. – генератор пилкообразних імпульсів

(мал.7). Розроблено схему для реєстрації фотонів(мал.8).

Мал. 8. Схема реєстрації вторинних електронів

1. – катод. 2. – анод. 3. – відхиляючі котушки. 4. – фотодіод. 5. – зразок. 8. – генератор пилкообразних імпульсів

Приготовлено металеві та напівпровідникові зразки для досліджень:

металева сітка з розміром клітини а = 0.25 мм.

кремнієва пластина з невеликими інородними включеннями ~0.5 мм.

кремнієва пластина з олов’яними електродами розташованими один від одного на відстані 3 мм.

Проведено дослідження поверхні зразків. Зразок (1) було досліджено за допомогою двох схем (мал.7,8), зразки (2) і (3) тільки за допомогою схеми, що реєструє електрони (мал. 7).

Отримані результати зображені на мал. 9, 10, 11, 12.

Мал.9. металева сітка з розміром клітини а = 0.25 мм. Досліджувана за допомогою циліндра Фарадея.

Мал.10. металева сітка з розміром клітини а = 0.25 мм. Досліджувана за допомогою фотодіода.

м
ал. 11. кремнієва пластина з невеликими інородними включеннями ~0.5 мм. Досліджувана за допомогою циліндра Фарадея.

М
ал. 12. кремнієва пластина з олов’яними електродами розташованими один від одного на відстані 3 мм. Досліджувана за допомогою циліндра Фарадея.

Висновки.

Проведений літературний пошук показав, що скануюча мікроскопія має переваги перед просвітлюючою:

а) методи створення дифракційних картин у РЕМ досить прості і дають велику інформацію про кристалічну будову і досконалість зразків.

б) можливість дослідження масивних зразків.

в) можливість дослідження внутрішньої будови зразків.

г) можливість виводу на екран комп’ютера.

д) велика кількість способів досліджень зразків.

е) простий в експлуатації.

Принципіально показано:

а) можливість діагностики поверхні металевих та напівпровідникових зразків за допомогою реєстрації вторинних електронів циліндром Фарадея.

б) можливість діагностики поверхні матеріалів, що добре люмінісцюють.

Можливість використання даної установки для дослідження поверхні напівпровідників.

РОЗДІЛ ІV. ОХОРОНА ПРАЦІ

ЗАХОДИ ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКИ ТА ПОЖЕЖОБЕЗПЕКИ ПРИ РОБОТІ З ЕЛЕКТРОННИМ МІКРОСКОПОМ

Похожие работы

Литография высокого разрешения в технологии полупроводников

Скачать

74029

3

22

... . Поскольку больная часть падающих электронов остается в подложке, то чувствительность резиста и форма профиля изображения зависят от материала подложки. Производительность систем ЭЛ экспонирования. Наряду с высоким разрешением достигнута приемлемая производитель-ность систем ЭЛ экспонирования. Важнейшие факторы, определяющие ее, приведены в табл 2. Стоимость ЭЛ экспонирования одной пластины по ...

Атомно-силовая микроскопия

Скачать

27778

0

3

... о всей поверхности, — в каждый момент времени мы имеем информацию только от участка непосредственно регистрируюемого зондом. Это не позволяет использовать in-situ методику. Атомно-силовая микроскопия позволяет получать информацию о поверхностном заряде, о поверхностной емкости, о поверхностной проводимости, о магнитных свойствах. Позволяет измерять эти параметры даже сквозь плёнку жидкости ...

Нанотехнология в электротехнических и радиоэлектронных материалах

Скачать

24172

0

12

... его над поверхностью образца в трех измерениях (рис. 1). Рис. 1. Типовая схема осуществления сканирующих зондовых методов (SPM) исследования и модификации поверхности в нанотехнологии. Обычно сканер имеет несколько ступеней регулирования положения зонда относительно образца с различной точностью и скоростью. Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными ...

Нанотехнологии, наноматериалы, наноустройства

Скачать

28456

0

7

... квадратный сантиметр. Наноустройства Нанотрубки могут составлять основу новых конструкций плоских акустических систем и плоских дисплеев, то есть привычных макроскопических приборов. Из наноматериалов могут быть созданы определенные наноустройства, например нано-двигатели, наноманипуляторы, молекулярные насосы, высокоплотная память, элементы механизмов нанороботов. Кратко остановимся на моделях ...