SEM基本结构及工作原理(8)

2021-01-20 19:43

SEM

(3) 灯丝尖端到栅极孔的距离h。一般来说α角越大,故可以获得较大的 电子束强度,但灯丝的寿命却越短;

(4) 阳极的加速电压V0。因为灯丝的亮度是同加速电压V0成正比的,故 高的加速电压可以获得较大的发射电流强度。

透镜系统

1.基本要求

透镜系统的作用有三:(1)把虚光源的尺寸从几十微米缩小到5nm(或更小),并且从几十微米到几个纳米间连续可变;(2)控制电子束的开角,可以在10-2~10-3rad 范围内可变;(3)所形成的聚焦电子束可以在试样的表面上作光栅状扫描,且扫描角度范围可变。

为了获得上述扫描电子束,其透镜系统通常是由电磁透镜,扫描线圈和消像 散器等组成。采用电磁透镜的优点是:这种透镜可以安置在镜筒外面,可避免污 染和减小真空系统的体积,而且透镜的球像差系数较小。

2.透镜系统的结构类型

目前扫描电镜的透镜系统有三种结构:(a)双透镜系统;(b)双级励磁的三级透镜系统;(c)三级励磁的三级透镜系统。其中以三级励磁透镜系统具有较多优点,其理由如下:(1)多一级透镜的效果是使电子束的收缩能力更强,对原始光源的尺寸要求不高,仍可以获得小于5nm的电子束斑;(2)电子光学系统具有较大的灵活性,便于形成各种扫描式的光路,特别是要形成单偏转摇摆扫描式的光路(这是一种获得选区电子通道花样的光路),只有用三个独立可调的透镜系统才有可能做到。

3.末级透镜的结构

在扫描电镜中,前级透镜的作用是聚光镜,把从电子枪所发射出的电子束聚成足够细的束斑,而末级透镜的作用是物镜,末级透镜的像差直接影响成像的分辨率,因此,在末级透镜的设计上,如何降低其球像差是主要任务。装在末级透镜中的像散校正装置是采用八极式电磁消像散器,其用途是消除由于透镜污染(其效果是导致像场的畸变)所产生的像散。在扫描电镜中,从下极件到试样上表面的距离(沿光轴方向量)习惯称为工作距离。经验表明,工作距离对扫描电子像的像差有很大影响,如表2-4所示

因此,双偏转线圈的安装位置十分重要。为了可以获得小的工作距离,最好把扫描线圈装在透镜中物空间的位置。末级透镜光阑的作用是控制电子束的开角,从而控制图像的景深(它与电子束开角的大小成反比)。如果观察图像时所采用的工作距离为D,光阑孔径为a,则电子束的开角2α由下式来确定:

2α=a / D

扫描电镜的工作距离越大,2α越小,相应焦深越大。由于扫描电镜的焦深 大,故所得图像最富有立体感,特别宜于观察高低不平表面。

扫描线圈

其作用是使电子束偏转,并在样品表面做有规则的扫动,电子束在样品表面


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