Лекции МГУ / EM-content

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие -----------------------------	7
Лекция 1. Взаимодействие электронов с веществом. --------------------------	9

Основные свойства электронов. Основные процессы при взаимодействии электронов с веществом. Рассеяние электронов. Характеристическое рентгеновское излучение. Тормозное рентгеновское излучение. Генерация вторичных электронов. Медленные вторичные электроны. Быстрые вторичные электроны. Оже-электроны. Генерация электронно-дырочных пар и катодолюминесценция. Генерация плазмонов и фононов.

Радиационные повреждения.
Лекция 2. Просвечивающий электронный микроскоп. ------------------------	21

Характеристики электронного пучка. Яркость. Когерентность и энергетический разброс. Пространственная когерентность и размер источника. Стабильность. Источники электронов (электронные пушки). Источник с термоэлектронной эмиссией.

Автоэмиссионные источники (АЭП).
Лекция 3. ---------------------------	25

Линзы. Апертура. Дефекты линз. Сферическая аберрация. Хроматическая аберрация.

Астигматизм. Разрешение. Глубина фокуса и глубина поля.
Лекция 4. ------------------------------	34
Регистрация электронов и изображения. Вакуумная система. Держатели образцов.
Лекция 5. Практическая ПЭМ. ------------------------------	41

Юстировка. ПЭМ в параллельном и сходящемся пучке. Дифракция в выбранной области (SAED). Светлопольное и темнопольное изображение. Сканирующая ПЭМ

(STEM).
Дополнение 5.1. ------------------------------	50
Лекция 6. Дифракция в кинематическом приближении. --------------------	53

З-н Брэгга. Обратная решетка. Индексы Миллера-Вейса. Сфера Эвальда. Вектор отклонения. Атомный и структурный фактор рассеяния. Разрешенные и запрещенные рефлексы. Индексирование рефлексов. Дифракция от суперрешеток. Размерные эффекты в дифракции.

Дополнение 6.1. ---------------------------	63
Дополнение 6.2. --------------------------	64
Лекция 7. Элементы динамической теории дифракции. --------------------	67

Экстинкция. Колонковое приближение. Уравнения Хови-Уэлана. Решение уравнений Хови-Уэлана. Интенсивность прямого и дифрагированного пучков. Эффективный вектор отклонения. Лауэ зоны. Двойная дифракция. Дифракция в многофазных системах.

Лекция 8. Кикучи-дифракция. Дифракция в сходящемся пучке. -----------	75
Лекция 9. Изображение и контраст в ПЭМ. --------------------	80
Контраст плотности и толщины. Z-контраст. Дифракционный контраст, двух-пучковая
геометрия. Эффекты толщины и изгиба пленки.
Лекция 10. Изображение плоских дефектов. -------------------	87

Трансляционный контраст. Матрица рассеяния. Дефекты упаковки в гцк материалах. π- и δ- контуры. Границы фаз. Поля упругих напряжений. Контраст от одиночной дислокации. Дислокационные петли и диполи. Изображение в моде слабый-пучок

темное-поле (WBDF).
Лекция 11. Фазовый контраст.	----------------------------- 100
ПЭМ высокого разрешения (ВРПЭМ	или HRTEM). Контраст кристаллической

решетки. ВРПЭМ в многопучковой геометрии (on-axis). Элементы теории изображения. Функция передачи. Некоторые особенности ВРПЭМ в LEO-912AB.

3

Контраст муара (moiré patterns). Трансляционный и ротационный муар. Примеры
использования контраста муара. Френелевский контраст. Контраст стенок доменов.
Лоренцевская просвечивающая электронная микроскопия (ЛПЭМ). Френелевский
контраст от пор, газовых пузырей.
Лекция 12. Спектрометрия в ПЭМ.			------------------------------	112
Рентгеновская	спектрометрия.	Спектрометры	рентгеновского	излучения.
Полупроводниковые детекторы (ППД) рентгеновского излучения (РИ). Электроника
ППД-спектрометра. Артефакты XEDS. Меры по уменьшению фона в XEDS-ПЭМ.
Количественный анализ в XEDS. Пространственное разрешение в XEDS.
Спектрометрия потерь энергии электронов (EELS). Фокусировка спектрометра. Пик
нулевых потерь. Малые потери энергии. Область больших потерь.
Лекция 13. Как приготовить образец? ------------------------------				127
Сетки, шайбы и мембраны. Подготовка самоподдерживающихся образцов.
Электрополировка. Ионное травление. Образцы в поперечном сечении (cross-section
samples). Несамоподдерживающиеся образцы. Ультрамикротомия. Диспергирование.
Метод реплик и экстракции. Скалывание. 90º-ный клин. Литография. Селективное
химическое травление. Техника безопасности.
Список использованных источников для иллюстраций ---------------------.
Список цитированной литературы. ---------------------------------------

4

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

A - атомный вес

А - ангстрем = 10-10м

a0 = ħ2/me2 = 0.529 10-8 cм - боровский радиус aj - вектора прямой решетки

B – магнитная индукция

bj - вектора обратной решетки

Е - напряженность электрического поля E0 – энергия пучка (электронов);

Et - порог смещения атомов (электронами) Ed - энергиия смещения (5-50 эВ)

е ≈ 1.6 10-19 Кл - заряд электрона (е2 ≈14.4 эВ А) Fhkl, Fg - стуктурный фактор

f, f(θ) – атомная амплитуда рассеяния g - вектор обратной решетки

g = |g|

H - напряженность магнитного поля H - гамильтониан, энтальпия

h = 2πћ , ћ = 1.0546 10-34 Дж с ≈ 6.6 10-16эВ с - постоянная Планка j, j - вектор и величина тока

К – переданный импульс k, q - волновые векторы

kB - константа Больцмана (= 1.38 10-23 Дж/К ≈ 8.6 10-5 эВ/К)

m0 - масса электрона = 9.109 1031кг, m0с2 = 511 кэВ

m* - эффективная масса электрона n - объемная плотность электронов NA = 6.022 1023 - число Авогадро. RH = Ey / Hjx - коэффициент Холла

Ry = е2 / 2а0 = 13.6 эВ - постоянная Ридберга

s (s) – вектор (параметр) отклонения от условия Брэгга (Лауэ) (excitation error)

T- температура,

U- потенциальная энергия,

V– потенциал(ьная энергия), объем

Vc – объем элементарной ячейки

W- вероятность (столкновений)

θB –угол Брэгга λ-длина волны электрона

λ, Λ - длина свободного пробега ξ0, ξg - длина экстинкции

ρ- удельное сопротивление [ρ,мкОмсм] = 1018[ρ,с]

ρ- также объемная плотность заряда

∑k,s - суммирование по k , s

σ- сечение рассеяния

σ- удельная электропроводность, τ - время жизни, релаксации

5

Акронимы

АЭПавтоэмиссионный электронный источник (пушка).

АПЭМ – см. АЕМ - аналитический(ая) электронный(ая) микроскоп(ия). БВЭ – быстрые вторичные электроны (FSE).

гпу - гранецентрированная плотноупакованная решетка. гцк - гранецентрированная куб. решетка.

ДК - дифракционная картина = электронограмма. ДП – дислокационные петли.

КЛ – катодолюминесценция (CL).

КЭД - квантовая эффективность детектирования (DQE). МВЭ – медленные вторичные электроны (SSE). МКА– многоканальный анализатор (МСА)

оцк - объемоцентрированная куб. решетка. ОЭ – Оже-электроны.

ОЭС – Оже-электронная спектроскопия (AES). ППД - полупроводниковый детектор.

ПЭМ - просвечивающий(ая) электронная(ый) микроскоп(ия). РИ – рентгеновское излучение.

СПЭМ (SТЕМ) - сканирующий(ая) электронный(ая) микроскоп(ия). ССД - камеры (CCD)

СФУД - детектор «сцинтиллятор-фотоэлектронный умножитель» СЭМ (SEM) - сканирующий(ая) электронная(ый) микроскоп(ия) ТРИтормозное рентгеновское излучение ТЭП – термоэлектронный источник (пушка )

УТО – ультратонкое окно (Л12)

ХРИ – характеристическое тормозное излучение ЭЛТ - электроннолучевая трубка (CRT)

ADF detector – круговой темнопольный детектор. AES – см. ОЭС.

BF(bright field) - светлопольное изображение. DQE - КЭД

CCD - charge-coupled device (ССД-камеры )

CCM (charge collection microscopy) – микроскопия со сбором заряда.

CBED - дифракция электронов в сходящихся пучках (микродифракция) (Л5,8). CRT - cathode-ray-tube (ЭЛТ)

DF (dark field) – темнопольное изображение.

EBIC (electron beam induced current) – ток индуцированный электронным пучком. EELS – electron energy-loss spectrometry

FEG - field emission gun (АЭП).

FET – field emission transistor – полевой транзистор. FSE – см. БВЭ.

HAAD detector – высокоугловой детектор.

IG ППД – ППД на германии с собственной проводимостью (Л12). МСА – см. МКА

К-М - дифракция Косселя-Мелленштедта (Kossel-Möllenstedt pattern)(Л8). SAD (Selected-Area Diaphragm) -апертура выбора области (Л5).

SAED (Selected-Area Electron Diffraction) -дифракция в выбранной области (Л5). SSE – см. МВЭ.

UHV – ultra-high vacuum

WBDF – режим слабого пучка и темного поля (Л10).

6