Сканирующий электронный микроскоп (SEM) — это мощная методика получения изображений, позволяющая получать высококачественные изображения поверхности образца. Однако эффект зарядки поверхности образца нередко приводит к искажению изображений и появлению шумов, что ухудшает качество визуализации в SEM. В данной статье представлены некоторые распространённые методы снижения или коррекции эффекта зарядки поверхности образца, направленные на повышение точности и надёжности получаемых изображений.

Для проводящих образцов обычно именно так и происходит. Поэтому, когда (η+δ) равно 1, измеренная величина Isc оказывается равной нулю.

1. Применение проводящего покрытия В режиме СЭМ‑изображения эффект зарядки поверхности образца в основном обусловлен накоплением электрического заряда на его поверхности. Для устранения этой проблемы можно нанести на поверхность образца тонкий слой с хорошей проводимостью, например металлический или проводящий углеродный материал. Такое проводящее покрытие способствует формированию проводящих путей на поверхности образца и снижает накопление поверхностного заряда.

Металлические покрытия являются распространённым выбором, поскольку обладают высокой электропроводностью и стабильностью. Золото и платина — наиболее часто используемые материалы для металлических покрытий, так как при воздействии электронного пучка они мало подвержены испарению. Способы нанесения металлических покрытий включают испарительное напыление, распылительное напыление и электрохимическое осаждение; эти методы можно выбирать в зависимости от формы и размеров образца, чтобы обеспечить равномерное покрытие.

Помимо металлических покрытий, для получения электропроводных покрытий также могут использоваться проводящие углеродные материалы. Эти материалы обладают высокой электропроводностью и хорошей химической стабильностью, что делает их подходящими для работы с образцами, чувствительными к металлам. К распространённым проводящим углеродным материалам относятся графен и углеродные нанотрубки. Такие материалы можно наносить на поверхность образца методом диспергирования в растворе либо путём прямого осаждения.

Пример эффекта отрицательной зарядки алмазного чипа. При низкой энергии падения 1 кэВ (HFW4 = 36 мкм) явление зарядки крайне слабо (левый рисунок). При увеличении энергии падения до 10 кэВ (HFV = 13 мкм) наблюдается выраженный эффект зарядки (правый рисунок).

II. Применение металлических проводящих клеев В некоторых случаях образец не подходит для нанесения тонкого проводящего слоя; в таких случаях можно использовать металлические проводящие клеи, чтобы уменьшить эффект зарядки. Металлический проводящий клей — это специальный вид клея, содержащий металлические частицы, которые обеспечивают электропроводящий путь. Нанесение такого клея на поверхность образца либо его соединение с поддерживающей подложкой позволяет обеспечить протекание электрического тока и снизить влияние эффекта зарядки.

При выборе и применении металлических проводящих клеев необходимо учитывать свойства образца и условия работы СЭМ. Некоторые металлические проводящие клеи обладают определённой адгезией к образцу, что может нарушить его целостность. Поэтому при использовании таких клеев следует подбирать подходящий состав и в ходе работы обращаться с образцом как можно бережнее, чтобы избежать его повреждения.

III. Стратегия обработки образцов Обработка образцов является одним из важнейших методов снижения эффекта зарядки. При проведении обработки в вакууме или в инертной атмосфере удается уменьшить окисление поверхности образца и накопление электрического заряда. Этот подход требует от пользователя осторожного выполнения операций в лабораторных условиях, чтобы избежать загрязнения образца.

Конкретные методы обработки образцов зависят от их материала и свойств. Например, для некоторых образцов, склонных к окислению, можно проводить нагрев в вакууме, чтобы удалить оксидную плёнку с их поверхности. Для чувствительных образцов целесообразно осуществлять обработку в инертной атмосфере, чтобы предотвратить химические реакции.

4. Применение низких энергий электронов В процессе получения изображений на СЭМ взаимодействие между электронным пучком и образцом может приводить к зарядовому эффекту. Использование низких энергий электронов при формировании изображения позволяет уменьшить интенсивность этого взаимодействия, тем самым снижая влияние поверхностного зарядового эффекта. Однако при этом может ухудшиться разрешающая способность изображения.

Для балансировки эффекта зарядки и разрешения изображения пользователь может выбирать оптимальную энергию электронов в зависимости от свойств образца и характеристик СЭМ. В некоторых случаях использование низкой энергии электронов позволяет эффективно уменьшить эффект зарядки, тогда как в других случаях для достижения лучшего разрешения изображения может потребоваться повышение энергии электронов.

Кривая суммарного электронного излучения

5. Выбор полевой эмиссионной электронной микроскопии Полевая эмиссионная электронная микроскопия — это передовая методика СЭМ, позволяющая эффективно уменьшить эффект зарядки. Проблема накопления заряда в такой микроскопии встречается реже, поскольку в ней используются электроны полевой эмиссии, а не пучок электронов, попадающий на поверхность образца.

Полевоэлектронный микроскоп обладает преимуществами высокого разрешения и высокой контрастности, что делает его пригодным для получения изображений образцов, чувствительных к зарядовому эффекту. Однако стоимость такого оборудования довольно высока, а требования к подготовке образцов — весьма строги. Поэтому при использовании полевоэлектронного микроскопа необходимо выбирать соответствующие параметры в зависимости от свойств образца и условий лаборатории.

6. Применение ингибиторов электронного пучка Некоторые современные СЭМ‑установки оснащены ингибиторами электронного пучка, которые позволяют подавлять его воздействие на поверхность образца, создавая противоположное электрическое поле и тем самым уменьшая эффект зарядки. Ингибиторы электронного пучка можно настраивать в зависимости от свойств образца и рабочих условий СЭМ, чтобы добиться максимально эффективного подавления эффекта зарядки.

В СЭМ‑изображении зарядовый эффект на поверхности образца является распространённой проблемой, приводящей к искажению изображения и появлению шумов. Для её устранения применяют такие методы, как нанесение проводящего покрытия, использование металлического проводящего клея, предварительная обработка образца, снижение энергии электронов, применение полевой эмиссионной электронной микроскопии и установка ограничителей электронного пучка. Выбор и внедрение этих методов должны осуществляться с учётом свойств образца и условий работы СЭМ, чтобы добиться наилучшего качества изображения. Рациональный подбор и применение указанных подходов позволяют уменьшить влияние зарядового эффекта и повысить точность и надёжность СЭМ‑изображений.

Столешный сканирующий электронный микроскоп ZEM18 компании ZEPTOOLS

Компания «Аньхой Цзэюй Технологии» — это научно‑инструментальная фирма, обладающая полностью самостоятельными правами интеллектуальной собственности. С начала 1990‑х годов, когда была начата разработка электронных микроскопов и сопутствующего оборудования, её исследовательская команда неизменно стремится предоставлять высококачественные приборы для нанонаучных исследований. В настоящее время компания располагает в том числе… Пико Фемто Серия Система измерений в режиме in situ с использованием ТЭМ 、 Система измерений СЭМ в нативном состоянии 、 Настольный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM 、 Ступенчатый измеритель серии JS 、 Нано‑пьезо‑столик 、 Станок для переноса двумерных материалов 、 Пробоночная платформа и низкотемпературная система 、 Линейка с датчиком линейного перемещения Ряд продуктовых линеек, включая …, пользуется широким признанием как на внутреннем, так и на международном рынках, заполняя многочисленные пробелы в отечественной сфере научно‑измерительных приборов.