Взаимодействие ионов с веществом - Применение ионного микроскопа

Ионы, как и электроны в СЭМ, могут проникать во внутренний объем твердых и жидких образцов. Поскольку отслеживать траектории движения каждого иона в отдельности невозможно, описание их взаимодействия с веществом носит статистический характер (рассматриваются усредненные параметры). Для описания средней максимальной глубины проникновения ионов в образец используют приближение Kanaya и Okayama [8], которое учитывает плотность образца и энергию пучка ионов.

В результате взаимодействия ускоренных ионов с веществом кинетическая энергия налетающих ионов передается электронам и атомам материала. При этом некоторые из электронов вещества вылетают в вакуум (вторичные электроны). Часть ионов Гелия отражается от атомов вещества назад (Обратнорасеяные ионы). Кроме того, некоторые из атомов вещества могут быть выбиты налетающими ионами, что приводит к распылению материала.

Импульс налетающих ионов слишком мал для эффективного возбуждения глубоких уровней атомов, поэтому возбуждения рентгеновского излучения в СГИМ не наблюдается.

Генерация в СГИМ вторичных электронов аналогична данному процессу в СЭМ, однако сигнал вторичных электронов при их возбуждении ионами в СГИМ при тех же условиях и для того же образца, почти всегда будет мощнее, чем при возбуждении электронами в СЭМ, поскольку тормозная способность материала для ионов значительно выше, чем для электронов. В результате, генерация вторичных электронов в СГИМ происходит в приповерхностных слоях образца, и имеют большую вероятность выхода из образца, в отличие от СЭМ, где генерация вторичных ионов распределена в объеме образца. Для математического описания процесса генерации вторичных электронов используется численный метод Монте-Карло[9][10].

Образование обратнорассеянных ионов после их соударения с образцом происходит в некотором телесном угле. Размер и форма области локализации обратнорассеяных ионов важна, поскольку они влияют на качество регистрируемого сигнала как обратнорассеянных ионов, так и вторичных электронов. Увеличенный телесный угол рассеяния ионов на атомах исследуемого материала (по сравнению с электронами), позволяет повысить контраст по атомному номеру, как в режиме регистрации вторичных электронов, так и при регистрации обратно-рассеянных ионов. Если область локализации вторичных ионов мала по объему, то их высокая концентрация способствует высокому пространственному разрешению во вторичных ионах. С другой стороны, высокая концентрация вторичных ионов в области падения ионного пучка на образец, будет ухудшать контраст и разрешение сигнала во вторичных электронах вследствие их рекомбинации с ионами. Детектирование обратнорассеянных ионов позволяет также исследовать свойства кристаллической решетки образца.

Оптимальный режим работы подбирается исходя из характеристик исследуемого образца путем подбора типа ионов (для этого в СГИМ Carl Zeiss Orion помимо ионов Гелия используются ионы Неона и Галлия), ускоряющего напряжение, фокусировки и режима сканирования.

Для тонких образцов СГИМ позволяет работать в режиме просвечивающего сканирования, подобно просвечивающему растровому электронному микроскопу. Для этих целей в схему СГИМ вводится специальный адаптер[14]

Похожие статьи




Взаимодействие ионов с веществом - Применение ионного микроскопа

Предыдущая | Следующая