диаметр электронного зонда, диаметр зонда

Под диаметром электронного зонда (диаметром зонда) понимается диаметр падающего электронного зонда, сфокусированного на поверхность образца.
Следующее уравнение широко используется для определения диаметра зонда.

Верхнее уравнение показывает, что диаметр зонда d на поверхности образца получается среднеквадратичным из четырех членов, или d₀ (диаметр зонда, полученный источником электронов без аберраций), d_d (диаметр зонда определяется по дифракционной аберрации), d_s (диаметр зонда минимального кружка нерезкости, определяемый сферической аберрацией) и d_c (зондовый диаметр минимального круга нерезкости определяется по хроматической аберрации). Нижнее уравнение выражает конкретные описания d₀, d_d, d_s и постоянный ток. Здесь, I_p ток зонда, β - яркость электронной пушки, α - полуугол схождения электронного зонда, λ длина волны электрона, C_s - коэффициент сферической аберрации объектива, C_c - коэффициент хроматической аберрации объектива, E - энергия электронного пучка и ΔЕ - энергетический разброс электронного пучка. Уравнение показывает, что диаметр зонда d является функцией полуугла сходимости α электронного зонда.

На рис. 1 показана зависимость диаметра зонда d от полуугла схождения α для обычного РЭМ, оснащенного термоэмиссионной электронной пушкой (вольфрамовая нить накала), работающей при ускоряющем напряжении 20 кВ. Здесь используются следующие параметры: E=20 кэВ, ΔЕ=1 эВ, C_s=50 мм, C_c=20 мм, β= 7 × 10⁴ А/см²/ ср, и I_p=1 пА, 10 пА и 100 пА (три случая). Отмечено, что три зондовых тока I_p соответствуют случаям: малый ток зонда для наблюдения с высоким пространственным разрешением, большой ток зонда для анализа элементов, средний ток зонда для компрометации наблюдения с высоким разрешением и анализа элементов.

Черная кривая для I_p = 100 пА показывает, что диаметр зонда d определяется главным образом d₀ и d_s, Где d₀ - диаметр зонда из-за источника электронов и d_s диаметр зонда из-за сферической аберрации. Черная кривая для I_p = 1 пА указывает на то, что диаметр зонда d страдает вклад разброса зонда из-за хроматической аберрации d_c. Видно, что наименьший диаметр зонда d составляет ~33 нм для первого случая (Ip : 100 пА) и ~7 нм для второго случая (I_p : 1 пА). Для уменьшения диаметра зонда d для получения изображения с высоким пространственным разрешением, в первую очередь α что сводит к минимуму d проверяется численными расчетами, а затем α устанавливается на расчетное значение путем выбора апертуры (диаметра) объектива или путем регулировки возбуждения объектива для контроля α.
На рис. 2 показана зависимость диаметра зонда d от полуугла схождения α для РЭМ с электронной пушкой Шоттки, работающей при ускоряющих напряжениях 1 кВ и 20 кВ. Используемые параметры следующие: E=1 кэВ и 20 кэВ (два случая), ΔЕ=0.5 эВ, C_s=4 мм, C_c=2 мм, β= 1 × 10⁸ А/см²/ ср и I_p=1 пА. В случае РЭМ, оснащенного электронной пушкой Шоттки, диаметр зонда d определяется в основном d_d (разброс зонда из-за дифракционной аберрации) и d_s (разброс зонда из-за сферической аберрации) для ускоряющего напряжения 20 кВ, но определяется в основном d_d (разброс зонда из-за дифракционной аберрации) и d_c (разброс зонда из-за хроматической аберрации) для ускоряющего напряжения 1 кВ. Видно, что наименьший диаметр зонда d составляет ~1 нм для ускоряющего напряжения 20 кВ и ~7 нм для ускоряющего напряжения 1 кВ. При уменьшении ускоряющего напряжения диаметр зонда становится больше из-за увеличения хроматической аберрации.
В случае обычного РЭМ, оснащенного термоэмиссионной электронной пушкой, наименьший диаметр зонда ～7 нм получается только при высоком ускоряющем напряжении 20 кВ. С другой стороны, в случае РЭМ, оснащенного электронной пушкой Шоттки, аналогичный диаметр ～7 нм получается даже при очень низком напряжении 1 кВ. Это потому что d₀ (диаметр зонда, полученный источником электронов без аберрации) электронной пушки Шоттки значительно меньше, чем у термоэмиссионной электронной пушки (вольфрамовая нить).

Связанный термин(ы)