Электронно-микроскопический способ измерения двухмерных полей рассеяния

Электронно-микроскопический способ измерения двухмерных полей рассеяния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

н11682968

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

11 Д Т (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.06.77 (21) 2496852/18-25 с присоединением заявки Ке (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 30.08.79 (51) М. Кл."Н 01J 37, 26

Государственный комитет (53) УДК 621.385.833 (088.8) ll0 делам изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

А. Е. Лукьянов и В. П. Иванников (71) Заявитель Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М. В. Ломоносова (54) ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ ДВУМЕРНЫХ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии и может быть использовано для исследования магнитных или электрических полей рассеяния.

Известны электронно-микроскопические способы измерения полей рассеяния, основанные на пропускании электронного пучка через исследуемое поле и регистрации отклонения электронного пучка (1).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения полей рассеяния, заключающийся в отклонении сфокусированного электронного пучка, пропускаемого в исследуемом поле, дополнительным изменяющимся во времени электрическим полем, последующем изменении тока пучка с помощью ножевой диафрагмы и регистрации тока прошедшего пучка с использованием обратной связи между выходным сигналом и отклоняющим электрическим полем. Способ позволяет измерять тангенциальную компоненту поля рассеяния с чувствительностью единицы гаусс при пространственном разрешении в доли микрона, однако создает существенные трудности при измерении нормальной компоненты. Другими существенными недостатками способа являются сложность его осуществления, что обусловлено необходимостью контролируемого перемещать ножсвую диафрагму в процессе измерения и тщательно юстировать устройство, и, как следствие, ограниченная точность измерении (ошибка составляет 15%) (2J.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение измерений слабых полей, обеспечение измерения двух компонент полей рассеяния. Эта цель достигается тем, что при измерении двухмерных полей рассеяния электронно-микроскопическим способом сначала формируют опорный сигнал, синхронизированный с сигналом от линейно изменяющегося во времени электрического поля, регистрируют сигнал в каждой точкте исследуемого поля, а затем определяют величину поля рассеяния по величине соответствующего временного сдвига, сформированного в каждой точке исследуемого сигнала на выходе регистратора по отношению к опорному сигналу в той же точке.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 — осциллограммы токов и напряжений.

11учок электронов 1 фокусируется в зону малого диаметра и пропускается на некотором фиксированном расстоянии ус от образца 2. При этом пучок отклоняется от своей первоначальной траектории на некозО торый угол полем рассеяния образца (сс—

eS29CS протяженность поля рассеяния). Далее пучок отклоняется дополнительным линсиноизменяющимся во времени электрическим полем 3. Для этого под образцом размещены плоско-параллельные пластины 4 с зазором Д между ними (nr — расстояние от нижнего края образца до верхнего края пластин, и — длина пластин).

Затем осуществляется изменение тока отклоненного пучка путем «отсечки» его на диафрагме 5. Ножевая (или щелевая отмечена пунктиром) диафрагма размещается на расстоянии от нижнего края пластин так, чтобы край диафрагмы был строго параллелен оси «Х», а расстояние от плоскости образца до края диафрагмы, равное

JLp —, - Sp, было больше величины смещения в плоскости диафрагмы электронного пучка, отклонснного только полем рассеяния. Ток пучка электронов регистрируется с помощью размещенного под диафрагмой регистратора 6.

При подаче на пластины пилообразного напряжения, электронный пучок дополнительно отклоняется и осуществляется изменение или «срыв» тока пучка в некоторый момент времени t(Sp) (фиг. 2) путем отсечки его на ножевой диафрагме. Если сигнал с выхода ФЭУ подать на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛ 1 ) осциллографа, а пилообразное напряжение — на горизонтальные, то на экране ЭЛТ получим изображение «кривой отсечки» (при использовании ножевой диафрагмы), либо «колоколообразной» кривой (при использовании щелевой диафрагмы).

Соответствующие осциллограммы токов на выходе регистратора изображены rra фиг.

2,о, в.

Для измерения в любой точке, например, тангенциальной компоненты поля рассеяния

В, вначале формируется опорный сигнал, а затем измерительный. Для этого амплитуда пилообразного напряжения У„(фиг.

2,а) устанавливается такой, чтобы величина максимального смешения электронного пучка под действием электростатического поля в плоскости диафрагмы была больше величины Sp — расстояния от первоначального (невозмущенного) положение пучка до края ножевой диафрагмы. Тогда «срыв» тока пучка будет происходить при значениях пилообразного напряжения AU(Sp) — в отсутствии возмущения (поля рассеяния) и (о — ь) — при отклонении пучка от первоначального положения полем рассеяния магнитной головки.

Величина AU(Sq.,) в первом приближении линейно зависит от величины индукции пересекаемого пучком поля рассеяния. Кривая «отсечки» (или «колоколообразная» кривая) при отсутствии поля рассеяния формируется в жестко фиксированный момент времени t(Sp) (фиг. 2,б, в) при достижении величины напряжения на пластинах

i0

1-5

AU(Sp). Б этот момент времени и вырабатывается опорный сигнал. При дополнительном отклонении пучка полем рассеяния сигнал вырабатывается в момент времени (ю 5ь,) при напряжении AU(Sp — Sb,.)—

>то исследуемый сигнал. По сдвигу исследуемого и опорного сигналов производится и;vrcpcrrrrc l3,, (относительныс значения), Лбсолютная величина поля В,. определяется rlo пзмсренной величине смещения во времени исследуемого сигнала по отношению к опорному At(Sq) и измеренному значению ЛU(Sq.,) расчетом по формуле:

L2. v (bõ)

В =

vo 0 d где L =L, +L,+l„ где оо — скорость электронов пучка по оси Z.

Для измерения нормальной компоненты поля рассеяния достаточно повернуть образец по оси Z на 90 . Если установить вторую пару отклоняющих пластин (с ножевой диафрагмой), плоскость которых повернута на 90 относительно пластин на (фиг. 1), возможно измерение тангенциальной и нормальной компонент поля без какого-либо перемещения образца.

Применение в способе импульсно-кодового преобразования сигнала обеспечивает весьма высокое отношение сигнал — шум, что позволяет существенно повысить точность измерений слабых полей и достичь очень высокой чувствительности, близкой к теоретически возможной (теоретический предел чувствительности определяется величиной кванта магнитного потока). Сам процесс измерений упрощается, так как отпадает необходимость в точной взаимной юстировке элементов устройства, рсализующего предлагаемый способ, и достигается полная автоматизация измерений.

Формул а изобретения

Электронно-микроскопический способ измерения двумерных полей рассеяния, заключающийся в отклонении сфокусированного электронного пучка, пропускаемого в исследуемом поле, дополнительным электрическим полем с последующим изменением тока пучка и регистрации тока прошедшего пучка, отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью повышения точности и упрощения измерений слабых полей, а также для обеспечения измерения двух компонент полей рассеяния, в любой заданной точке поля формируют опорный сигнал, синхронизированный с сигналом от линейно изменяющегося во времени электрического поля, а величину поля рассеяния определяют по величине соответствующего временного сдвига, сформированного в каждой заданной

682968

Ае/

Составитель В. Вдовин

Редактор И. Марховская Техред А. Камышиикова

Корректоры: Л. Брахнина н Т. Добровольская

Заказ 2008/16 Изд. № 492 Тираж 923 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 точке исследуемого сиг..ала на выходе регистратора по отношению к опорному сигналу в той же точке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 503317, кл. Н 01J 37/26, 22.10.75.

2. Тезисы докладов Х Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, 5 Ташкент, 1976, т. I, с. 78.