Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе

Рис. 3.2

Сетка или «венельт» (Рис. 3.2) имеет отрицательный потенциал относительно катода и ограничивает эффективную площадь эмиссии областью вблизи вершины катода. Анод представляет собой заземленную пластину с апертурой для прохождения пучка.

Вторичные электроны

Первичные электроны, проникающие в образец, взаимодействуют с электронами внешних оболочек атомов объекта, передавая им часть своей энергии. Происходит ионизация атомов образца, а высвобождающиеся в этом случае электроны могут покинуть образец и быть выявлены в виде вторичных электронов. Они характеризуются очень малой энергией до 50 эВ и поэтому выходят из участков образца очень близких к поверхности.

Глубина слоя, дающего вторичные электроны, составляет 1 .10 нм. Вторичные электроны обеспечивают максимальную в сравнении с другими сигналами разрешающую способность порядка 5 .10 нм. Поэтому они являются в РЭМ главным источником информации для получения изображения поверхности объекта. Количество образующихся вторичных электронов слабо зависит от атомного номера элемента. Основным параметром, определяющим выход вторичных электронов, является угол падения пучка первичных электронов на поверхность объекта. Таким образом, вариации наклона микроучастков поверхности вызывают резко выраженные изменения в выходе вторичных электронов. Этот эффект используется для получения информации о топографии поверхности.

Детектирование

Вторичные электроны регистрируются с помощью «сцинтиллятора», который светится при бомбардировке электронами, свет преобразуется в электрический сигнал фотоумножителем. Однако вторичные электроны излучаются с энергиями в несколько электрон вольт(эВ) и должны быть ускорены, чтобы на выходе сцинтиллятора иметь подходящую величину сигнала. По этой причине на металлический слой на поверхности сцинтиллятора подаётся положительный потенциал ~10кВ.

Перед головной частью сцинтиллятора установлена сетка, на которую подаётся напряжение смещения для регулировки сбора электронов. При положительном смещении ~ +200 В вторичные электроны, излучаемые с низкой энергией, проходят через сетку и ускоряются по направлению в сцинтиллятору.

Рис. 4. Детектор Эверхарта-Торнли

Вторичные электроны с низкой энергией (SE) притягиваются положительным потенциалом +200 В на сетке и ускоряются с помощью +10 кВ, приложенных к сцинтиллятору; свет, произведенный сцинтиллятором, проходит через «световод» к внешнему фотомуножителю, который преобразует свет в электрический сигнал; обратно рассеянные электроны (BSE) также при этом регистрируются, но гораздо менее эффективно, поскольку имеют энергии гораздо выше и слабо отклоняются потенциалом сетки.

Обратнорассеяные электроны

Обратнорассеяные электроны (BSE) образуются при упругом рассеянии первичных электронов на большие (до 90o) углы. Первичные электроны, испытав ряд взаимодействий с атомами образца и теряя при этом энергию, изменяют траекторию своего движения и покидают образец. Важной особенностью эмиссии отраженных электронов является ее зависимость от атомного номера элементов. Если атомный номер материала мал, то образуется меньшее количество отраженных электронов с малым запасом энергии. В областях образца, с высокой концентрацией тяжелых атомов большее число электронов отражается от этих атомов и на меньшей глубине в образце, поэтому потери энергии при их движении к поверхности меньше.

3. Результаты

В режиме регистрации вторичных электронов была получена топография поверхности образцов.

При исследовании пластинок под микроскопом был зафиксирован рост дендритов, скелетных кристаллов, развивающихся в условиях быстрого роста и высокой степени пересыщения. Главной причиной образования таких форм является то, что к выдающимся частям кристалла или подложки подток питающего вещества более интенсивен, чем к другим частям, которые в результате отстают в росте. Кристалл, как бы стремясь навстречу питательной среде, быстро наращивает массу, но его форма полностью искажается. В результате образуются кристаллические дорожки или «снежинки». Поэтому направление их роста ни как не связанно с ориентацией кристаллов подложки.

Рис. 5 Si (111) протравленный

Рис. 6 Si (111) натравленный