[其他]場致發射掃描俄歇電子顯微鏡

無效

• 申請號: 86100036
• 申請日: 1986-01-03
• 公開（公告）號: CN86100036A
• 公開（公告）日: 1986-07-23
• 發明（設計）人: 約翰尼斯·喬治·貝德諾爾茨;詹姆斯·卡齊密爾茨·吉姆齊夫斯基;布魯諾·賴爾
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01J37/285
• 分類號: H01J37/285;H01J37/28
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 顏承根

本發明涉及掃描俄歇（Auger）電子顯微鏡，該顯微鏡可用于對材料表面上的元素分布（即晶粒邊界，雜質等）進行空間分析的研究。

當聚焦的電子束撞擊在樣品表面上時，會發生與在該表面上面或下面的原子的一些相互作用。特別是，如果入射電子有足夠能量，則由于該電子撞出一個內殼層電子而使該原子電離。該原子通過將一個外殼層電子轉移到內殼層的空位上而自然地回到其基態。在這種原子松弛的同時由于發射出X射線幅射的一個光子及/或一個俄歇電子而導致能量的損失，此兩者的總和為常量而且發射俄歇電子自然優先。因為電子都在分立能級上，發出的俄歇電子也應有分立能量，該能量與原子的起始態和終止態之間的能量差相等。發射出的俄歇電子的能級是發射該電子的元素的特征。因而俄歇電子顯微鏡非常適合于研究樣品材料的化學組份，至少在其表面上是如此。因為撞擊在所研究的樣品上的電子束聚焦得很細，和探測器一樣，故所提供的信息總是與在焦點處的組份有關。為了得到與較大面積有關的組份信息，電子束及探測器必須在該面積上作光柵掃描，并根據所選的分辨率記錄光柵上每一點的信息。

掃描俄歇電子顯微鏡是眾所周知的，且市場上有售。通常，俄歇顯微鏡應用電子槍產生指向樣品的電子束，其最細的電子束直徑約為35nm。然而俄歇分析受到發射電子的體積的限制。垂直于樣品表面的深度分辨率由有效逸出深度所決定，該有效逸出深度又是電子平均自由程及離開角度的函數。因為電子的功能相對較低，故深度分辨率僅僅是很少的單層。如果更進一步研究空間分辨率，則由于信號噪聲比（它是一次電子束電流的函數，對于這類分辨率典型電流小于1毫微安）下降，元素分辨率也顯著下降。

對于應用電子槍的俄歇顯微鏡在施普林格（Springer）出版社1973年版的L.賴訥（L.Reiner）和G.普法伊弗爾科恩（G.Pfefferkorn）合著的“光柵電子顯微鏡”一書第182頁及J.I.古爾茨坦（J·I·Goldstein）和H·雅柯韋茨（H·Yakowitz）合編的、由潑麗奈姆（Plenum）出版社1975年出版的“實用掃描電子顯微術”一書PP·87ff中都有描述。

其電子槍內的燈絲以場致發射電子源代替的俄歇顯微鏡也是已知技術。在此領域內已有技術的代表有真空科學與技術雜志（美國），電子、離子及光子束技術的第十五次會議錄特輯，第16卷（1979），第六期，1699-1703頁上的“高分辨率高電流電子束顯微探針用的熱場致發射源的應用”一文，其作者為D·塔格爾（D.Tuggle），L·W·斯旺森（L·W·Swanson）及J·奧爾洛夫（J·Orloff）;及電子顯微鏡雜志（日本）第30卷（1981），第2期107-113頁上的“裝有場致發射槍的掃描俄歇電子顯微鏡的發展”一文，其作者為H·濤道誥諾（H·Todokoro），Y.薩基堂立（Y.Sakitani），S.富庫哈拉（S·Fukuhara）及Y.奧開宜馬（Y.OKayima）。

塔格爾等著的參考文獻中的俄歇顯微鏡應用熱場致發射電子源，該源使用兩個磁透鏡以產生一電子束點，其直徑為100nm，其電源在12仟伏下約為100nA。場致發射源距樣品的工作距離約為13cm。發射極為涂鋯的鎢并工作在1800°K。

在濤道誥諾等著的參考文獻中使用的電子槍為可加熱的場致發射槍，距樣品的工作距離大于10cm，在10仟伏時接收的電流為2nA，并允許分辨率為20nm。

在倫敦皇家協會會議錄A分冊1977年第357卷213-230頁中的“裝有同心半球分析器的數字掃描俄歇電子顯微鏡”一文[作者為R.布朗寧（R.Browning]，P.J.巴塞特（P.J.Bassett），M·M·愛爾高邁蒂（M.M·EL????Gomati）及M，普魯頓（M·Prutton）]及物理雜志E分冊（科學儀器）18卷（1985）32-38頁“全靜電小直徑電子束高探針電流的場致發射電子探針”一文[作者為M·M·愛爾高邁蒂、M·普魯頓及R.布朗寧]中曾報導場致發射源及樣品之間具有較短的距離。

布朗寧等著的參考文獻是令人感興趣的，因為其中包含有關于能量分析器的信息，該分析器可與本發明的顯微鏡一起使用。而布朗寧所描述的顯微鏡及愛爾高邁蒂等所描述的顯微鏡所應用的靜電電子束聚焦和掃描技術則在下述的顯微鏡中未加使用。