СКАНИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ

Следующим поколением электронных микроскопов стали так называемые сканирующие электронные микроскопы (СЭМ), по­хожие по принципу действия на обычный телевизор. Сперва СЭМ сильно отставали в развитии от рассмотренных просвечивающих электронных микроскопов (несмотря на то, что идея сканирования электронным микроскопом была предложена М, Кноллом еще в 1935 году, а первая реальная установка описанного типа была созда­на М. фон Арденне в 1936 году, т. е. практически одновременно с ПЭМ). Несмотря на это, по разным техническим причинам, именно ПЭМ стали магистральным направлением развития электронных микроскопов вообще.

Интерес к сканирующей электронной микроскопии возродился лишь к началу 60-х годов. Идея метода состоит в том, что поверхность тела сканируется электронным пучком, создаваемым внешним источником под напряжением порядка нескольких десятков киловольт. Облучаемая при таком сканировании поверхность кристалла начинает излучать либо так называемые вторичные электроны, либо кванты света, которые регистрируются, усиливаются, преобразуются по интенсивности и т.п., после чего подаются на экран электронно-лучевой трубки, создавая видимое изображение поверхности.

Метод получения увеличенного изображения в сканирующих электронных микроскопах значительно отличается от методов, используемых в оптической и просвечивающей электронной микроскопии. Как показано на рисунке при облучении поверхно­сти узким электронным пучком происходит эмиссия вторичных электронов. Сканируя изучаемую поверхность тонким, но доста­точно интенсивным пучком электронов, и подавая сигналы от детектора вторичных электронов на осциллограф, можно полу­чать на экране увеличенное изображение поверхности. При этом, естественно, необходимо согласовывать скорость сканирования поверхности и скорость сканирования экрана осциллографа. Облучающий пучок электронов создаётся электронной пушкой, по­сле чего проходит последовательно управляющую линзу-конден­сор, отклоняющую катушку, линзу-объектив и создаёт на поверхности образца небольшое освещенное «пятно», размеры которого можно регулировать управляющей системой. При этом возникают вторичные и отраженные электроны, число которых зависит от интересующих нас характеристик поверхности (шероховатость, атомный состав, электрический потенциал освещаемого участка кристалла и т. п.). Замеряя и анализируя интенсивность таких электронов, можно получить на мониторе увеличенную картину конкретного участка поверхности и пере­вести его в фотографическое изображение. Аналогично просвечивающим электронным микроскопам, внутри СЭМ-установок тоже необходимо поддерживать высокий вакуум.

За по­следние годы техника СЭМ развивалась исключительно высокими темпами, в результате чего достаточно быстро появилось мно­го типов специализированных СЭМ (высокого разрешения для исследования полупроводников, с повышенной точностью кон­троля длины волны и т. д.), а их разрешающая способность уже до­стигла 0,5 нм.

Примером возможностей современных СЭМ может служить приведённая микрофотография угле­родной нанотрубки.