2.5 Электронная пушка

Обычно в ЭОС единственным назначением электронов первичного пучка является ионизация внутренний уровней, чтобы инициировать оже-переход. Для этой цели энергия пучка не существенна, точнее важна монокинетичность электронного пучка, тогда как энергия должна быть порядка энергии, соответствующей максимуму сечения ионизации данного внутреннего уровня, чтобы обеспечить достаточно интенсивную Оже-эмиссию. В случае ЭОС нет необходимости предпринимать какие-либо усилия для уменьшения ширины энергетического распределения первичного пучка [3]. Энергетическая ширина первичного пучка электронов определяется тепловым разбросом в соответствии с распределением Больцмана и равна 0,3 - 0,5 эВ (тепловой разброс электронов) и конфигурацией полей в системе ускорения электронов. Для того, чтобы получить наибольшую яркость при термоэмиссии, для катодов используют материалы с наименьшей работой выхода, например, для LaB₆плотность тока достигает 10⁶А/см². В данной установке прямонакальный острийный катод представляющий собой нить V-образной формы, которая сделана из вольфрама легированного ZrO, нагревается до температуры 1600ºC, в результате чего уменьшается потенциальный барьер удерживающий электроны. С помощью вытягивающего электрода и ускоряющей линзы электроны вытягиваются из катода и из них формируется электронный луч. Вытягивающее напряжение составляет 5,44 кВ. Напряжение ускорения электронов может достигать 25 кВ, но на практике используется напряжение около 10 кВ. Конструкцией установки предусмотрена переменная диафрагма при помощи которой можно изменять сечение электронного луча. Пройдя сквозь диафрагму луч попадает в область, где он формируется. Заявленный производителями установки диаметр до которого сжимается электронный луч меньше 150 Å (25 кВ, 1 нА).

Основным требования к электронным источникам для ЭОС является обеспечение наименьшей облучаемой электронной пушкой поверхности образца (или получение пятна минимальных размеров); при этом электронная пушка должна соответствовать требованиям, предъявляемым СВВ-системами [3]. Для фокусировки и управления электронным пучком используют электронную пушку. Электронная пушка с электромагнитной фокусировкой может создавать пучок электронов с энергией до 30 кЭв. При токе пучка порядка нескольких нА оптимальный размер пятна на образце составляет приблизительно 20 нм. Для осуществления сканирования поверхности образца электронным лучом по средствам развёртывания его в растр в установке имеется сканирующее устройство.

На рисунке 18 схематично показано расположение элементов электронной пушки которой оснащена установка PHI-680 фирмы ”Physical Electronics”.

Траектория первичного пучка электронов

Траектории движения вторичных электронов

1 – Катод; 2 – Вытягивающий электрод; 3 – Ускоряющая линза; 4 – Подстройка луча;

5 – Переменная диафрагма (механическая); 6 – Фокусировка электронного луча; 7 – Линза объектива; 8 – Сканирующее устройство.

Рисунок 18 – Схематичное изображение расположения элементов электронной пушки