электронный микроскоп

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, содержащий последовательно расположенные в вакуумированном корпусе источник пучка электронов, средства фокусировки и транспортировки пучка и апертуру ограничения давления, а также камеру образца, содержащую газовое наполнение и электрод-детектор вторичных электронов, имеющий ввод для соединения с источником положительного напряжения, подключенным к общей шине, а также с усилителем электронного тока, последовательно соединенным с ним детектором тока, подключенным к общей шине, а также установленный снаружи камеры столик исследуемого образца со средствами крепления образца, установленными таким образом, что держатели образца введены в газовую атмосферу камеры, отличающийся тем, что электрод-детектор установлен на расстоянии 1 - 200 мм от уровня поверхности образца при давлении газа не менее 0,05 торр, источник напряжения выполняют регулируемым в области 50 - 2000 В в режиме пропорционального усиления тока вторичных электронов от образца, причем указанная величина напряжения и давления наполняющего газа выбрана не превышающей критического значения зажигания самостоятельного разряда в газе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение используется для получения изображения исследуемого образца с помощью электронной микроскопии. Исследуемый образец подвергается сканированию электронным пучком, и электроны, отраженные или излученные исследуемым образцом, детектируются. Исследуемый образец обычно подвергается сканированию в вакууме, чтобы поддержать вакуумную целостность электронной оптической колонки и обеспечить функционирование электронных детекторов.

Сканирование исследуемых образцов электронным пучком в вакууме представляет много проблем. Биологические экземпляры не могут жить в вакууме длительный период времени, необходимый для получения точного изображения. Влажные биологические экземпляры высыхают в результате испарения содержащейся в них жидкости в вакууме до того, как будет получено их точное изображение. Образцы, которые выделяют газы при высоком вакууме, требуют особого рассмотрения. Электрически непроводящие исследуемые образцы аккумулируют поверхностный заряд, который затемняет подробности поверхности исследуемого образца и понижает разрушающую способность полученного изображения. Для устранения проблемы аккумулирования заряда исследуемые образцы могут покрываться тонким слоем металла, чтобы они могли отводить заряд. Однако металлическое покрытие может повредить такие исследуемые образцы, как полупроводники, и поэтому часто сводят на нет возможность исследования образца без его разрушения или повреждения.

Целью изобретения является получение изображения вторичных электронов от газового наполнителя в камере образцов.

Растровый электронный микроскоп включает в себя баллон электровакуумного прибора, имеющий апертуру для ограничения давления, источник электронного пучка, помещенный в баллон электровакуумного прибора и способный излучать электронный луч, средство фокусирования, установленное в баллоне электровакуумного прибора и способное направлять электронный луч, излучаемый источником электронного луча, в апертуру ограничения давления, средство сканирования электронного луча, расположенное в баллоне электровакуумного прибора и способное сканировать электронный луч, излучаемый источником электронного луча, поперек диаметра апертуры ограничения давления, средство столика для исследуемого образца, расположенное снаружи баллона электровакуумного прибора и способное удерживать исследуемый образец, опоясанный газовой атмосферой, при давлении не менее 0,05 Торр согласно регистрации в апертуре ограничения давления, так что поверхность исследуемого образца может подвергаться воздействию электронного пучка, излучаемого источником электронного луча, и направляемого в апертуру ограничения давления, электрод, установленный снаружи баллона электровакуумного прибора и расположенный в пределах 1 - 200 мм от средства столика для исследуемого образца, так что вторичные электроны, излучаемые с поверхности исследуемого образца, помещенного на средстве столика для исследуемого образца и подвергаемого воздействию электронного луча, излучаемого источником электронного луча, могут входить в контакт с электродом, источник напряжения, присоединенный между электродом и электрическим заземлением и способный поддерживать разность электрических потенциалов между электродом и средством столика для исследуемого образца больше примерно 50 В и меньше 2000 В. Потенциал электрода является положительным относительно потенциала средства столика для исследуемого образца с тем, чтобы ускорять вторичные электроны, излучаемые с поверхности исследуемого образца, расположенного на средстве столика для исследуемого образца, с помощью электрического поля достаточной силы с тем, чтобы принуждать излучаемые вторичные электроны соударяться с молекулами газа и образовывать носители отрицательного заряда, которые могут затем создавать дополнительные носители отрицательного заряда в результате многократных соударений с другими молекулами газа, приводя к количеству носителей отрицательного заряда большему, чем количество первоначальных вторичных электронов и пропорциональному ему. Сила электрического поля является достаточно низкой, чтобы избегать катастрофического электрического разряда или искрения. Усилитель тока соединен с электродом, и средство детектирования тока расположено между усилителем тока и электрическим заземлением.

На чертеже показано устройство, которое является вариантом реализации изобретения, поперечное сечение.

Электронный микроскоп содержит баллон 1 электровакуумного прибора, имеющий апертуру 2 для ограничения давления, источник 3 пучка заряженных частиц, установленный в баллоне электровакуумного прибора и способный излучать пучок заряженных частиц, средство 4 фокусирования, установленное в баллоне электровакуумного прибора и способное направлять пучок заряженных частиц излучаемого источником пучка заряженных частиц в апертуру ограничения давления, средство столика 6 для исследуемого образца, расположенное снаружи баллона электровакуумного прибора и способное удерживать исследуемый образец, опоясанный газовой атмосферой, при давлении по крайней мере 0,05 Торр согласно регистрации в апертуре ограничения давления, так что поверхность исследуемого образца может подвергаться воздействию пучка заряженных частиц, излучаемого источником пучка заряженных частиц и направляемого в апертуру ограничения давления, электрод 7, установленный снаружи баллона электровакуумного прибора и расположенный в пределах примерно 1 - 200 мм от средства столика для исследуемого образца, так что вторичные электроны, излучаемые с поверхности исследуемого образца, помещенного на средстве столика для исследуемого образца и подвергаемого воздействию пучка заряженных частиц, излучаемого источником пучка заряженных частиц, могут входить в контакт с ним, источник 8 напряжения, присоединенный между электродом и электрическим заземлением, усилитель 9 тока соединен с электродом, средство 10 детектирования тока подсоединено между усилителем тока и электрическим заземлением. Носители отрицательного заряда включают в себя ионизированные молекулы газа и свободные электроны.

В одном варианте реализации изобретения электрод установлен примерно в 10 мм от средства столика для исследуемого образца. В другом варианте реализации изобретения источник напряжения может регулироваться. Еще в одном варианте реализации изобретения источник электронного луча может излучать электронный луч с энергией в диапазоне примерно 1 - 40 кэВ.

Способ генерирования, усиления и детектирования вторичных электронов, излучаемых с поверхности исследуемого образца, включает в себя сканирование поверхности исследуемого образца при соответствующем газовом давлении с помощью пучка заряженных частиц, имеющего достаточную энергию с тем, чтобы принудить вторичные электроны излучаться с поверхности исследуемого образца. Вторичные электроны ускоряются электрическим полем достаточной силы с тем, чтобы принудить их соударяться с молекулами газа и создавать носители отрицательного заряда, которые затем могут производить дополнительные носители отрицательного заряда в результате многократных соударений с другими молекулами газа, приводя к количеству носителей отрицательного заряда большему, чем количество первоначальных вторичных электронов, пропорциональному ему; сила электрического поля является достаточно низкой, чтобы не допускать катострофического электрического разряда или искрения. Электрический ток, образующийся в результате электронов и ионизированных молекул газа, детектируется, тем самым детектируя сигнал, пропорциональный количеству вторичных электронов, излучаемых с поверхности исследуемого образца.

В одном варианте реализации изобретения пучком заряженных частиц является электронный луч. В другом варианте реализации изобретения газовое давление находится в диапазоне 0.05 - 20 Торр. Еще в одном варианте реализации изобретения электрическое поле имеет электрический потенциал не менее 50 и не более 2000 В.