Электронно-микроскопический способ измерения двухмерных полей рассеяния

Союз Советских Социалистических Республик(22) За лспо 14.06,77 киприсоединением за Государственный комите(088,8) ллетеньо делам изобретеиий и открытийДата опубликования описания 30.08.7 2) Авторы изобретени, Лукьянов и В. П, Иваннико Ленина и ордена Тр ный университет им вого Красного Знаме. В, Ломоносова РОСКОПИЧЕСКИЙ СПОСОБНЫХ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ 54) ЭЛ ЕКТРО Н НО-М ИЗМЕРЕНИЯ ДВУМ 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 ножс 71) Заявитель Московский орден государстввую диафрагму в процессе измерения и тщательно юстировать устройство, и, как следствие, ограниченная точность измерении (ошибка составляет - 15% ) 21.Цель изобретения - повышение точностии 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.11 учок электронов 1 фокусируется в зонумалого диаметра и пропускается на некотором фиксированном расстоянии уо от образца 2. При этом пучок отклоняется от своей первоначальной траектории на неко- зО торый угол полем рассеяния образца (сс -где Е =А,з протяженность поля рассеяния). Далее пучок отклоняется дополнительным линсйпоизменяющимся во времени электрическимполем 3. Для этого под образцом размещены плоско-параллельные пластины 4 сзазором Д между ними (а - расстояниеот нижнего края образца до верхнего краяпластин, и - длина пластин),Затем осуществляется изменение тока отклоненного пучка путем отсечки его падиафрагме 5. Ножевая (или щелеваяотмечена 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, равноедо + 5 О, было больше величины смещения вплоскости диафрагмы электронного пучка,отклонснного только полем рассеяния. Токпучка электронов регистрируется с помощью размещенного под диафрагмой регистратора 6.При подаче на пластины пилообразногонапряжения, электронный пучок дополнительно отклоняется и осуществляется изменение или срыв тока пучка в некоторый момент времени 1(5 О) (фиг. 2) путемотсечки его на ножевой диафрагме. Еслисигнал с выхода ФЭУ подать на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки(ЭЛ 1) осциллографа, а пилообразное напряжение - на горизонтальные, то на экране ЭЛТ получим изображение кривойотсечки (при использовании ножевой диафрагмы), либо колоколообразной кривой(при использовании щелевой диафрагмы).Соответствующие осциллограммы токов навыходе регистратора изображены па фиг.2,6, в,Для измерения в любой точке, например,тангенциальной компоненты поля рассеянияВ вначале формируется опорный сигнал,а затем измерительный. Для этого амплитуда пилообразного напряжения У(фиг.2,а) устанавливается такой, чтобы величина максимального смещения электронногопучка под действием электростатическогополя в плоскости диафрагмы была большевеличины 5 о - расстояния от первоначального (невозмущенного) положение пучкадо края ножевой диафрагмы. Тогда срывтока пучка будет происходить при значениях пилообразного напряжения ЛУ(5,) - вотсутствии возмущения (поля рассеяния) иЛ(5 О - 5 ь) - при отклонении пучка отпервоначального положения полем рассеяния магнитной головки.Величина ЛУ(5 ь) в первом приближении линейно зависит от величины индукциипересекаемого пучком поля рассеяния. Кривая отсечки (или колоколообразнаякривая) при отсутствии поля рассеянияформируется в жестко фиксированный момент времени 1(5 О) (фиг, 2,б, в) при достижении величины напряжения на пластинах 0 15 25 30 35 40 45 50 5 00 63 Л/(5 о). Б этот момент времени и вырабатывается опорный сигнал. При дополнительном отклонении пучка полем рассеяния сигнал вырабатывается в момент времени (5 ю 5 ь.,) при напряжении ЛУ(5 О - 5 ь ) - это исследуемый сигнал. По сдвигу исследуемого и опорного сигналов производится измерение В (относительныс значения), Лбсолютная величина поля В,. определяется по пзмсренной величине смещения во времени исследуемого сигнала по отношению к опорному Л 1(5 ь.,) и измеренному значению ЛЬ(5 о.,) расчетом по формуле:2(Ох)В,=о где о, - скорость электронов пучка поДля измерения нормальной компоненты поля рассеяния достаточно повернуть образец по оси Л 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. Ф о р мул а изобретения Электронно-микроскопический способ измерения двумерных полей рассеяния, заключающийся в отклонении сфокусированного электронного пучка, пропускаемого в исследуемом поле, дополнительным электрическим полем с последуюшим изменением тока пучка и регистрации тока прошедшего пучка, отл и ч а ю щи й 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 заданной682968 Составитель В. ВдовинРедактор И. Марховская Техред А. Камышин орректоры: Л. Брахнина н Т. Добровольская аказ 2008/16 Изд.492 Тираж 923 ПодписноеПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5 биография, пр. Сапунова, 2 точке исследуемого сигнала на выходе регистратора по отношению к опорному сигналу в той же точке.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 61, Авторское свидетельство СССР503317, кл, Н 013 37/26, 22.10.75.2. Тезисы докладов Х Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, 5 Ташкент, 1976, т. 1, с. 78.