You are hereÚloha 2: Aplikace SEM

Úloha 2: Aplikace SEM


Tato úloha rozšiřuje experimentální znalosti studentů, spočívající ve vyhodnocování kritických parametrů různých typů vzorků. Rovněž zahrnuje měření s BSE detektorem pro demonstraci odlišností.

Měření

Stiskem ikony  v položce Main Toolbar pravého panelu vyvoláme nabídku pro měření a popisky v obrazech. K dispozici jsou následující funkce:

  • Měření vzdáleností určené pro měření tlouštěk čar nebo roztečí se zapíná přes ikonu . Na jedné hraně měřené čáry stiskneme levé tlačítko a táhneme myší podél hrany. Když tlačítko pustíme, objeví se druhá čára se stejnou délkou a sklonem, kterou přetáhneme na druhou hranu měřené čáry a po uvolnění se zobrazí kolmá vzdálenost obou linek, udávající tloušťku měřené čáry. Tato metoda je výhodnější než použití ikony , pomocí které lze změřit jen dva body. Tato funkce je vhodná pro měření vzdáleností objektů.
  • Měření ploch se provádí pomocí ikony . Nejprve pomocí klikání levým tlačítkem vyznačíme vrcholy polygonální oblasti a poslední vrchol označíme dvojklikem. Vytvoří se uzavřená oblast a zobrazí se její plocha.
  • Popisky v obrazech můžeme vytvořit pomocí ikony .

(4,8 MiB)

Měření můžeme provádět i v dříve uložených souborech, které si otevřeme pomocí nabídky File/Open. Uložení obrázku včetně změřených hodnot docílíme pomocí pravého tlačítka v okně obrázku.

Program ImageJ

K měření rozměrů můžeme kromě programu dodaného výrobcem použít i volně šiřitelný program ImageJ. Tento program ovšem nezná velikost pixelu, proto musíme nejprve provést jeho kalibraci. Nahrajeme měřený obrázek nabídkou File/Open. Z panelu nástrojů vybereme ikonu pro přímé linky a nakreslíme čáru, která začíná na první značce měřítka a končí na poslední (podržte klávesu Shift, ať je čára horizontální). Pak si otevřeme dialog v nabídce Analyze/Set scale a do políčka Known distance zadáme hodnotu udanou v měřítku a do políčka Unit of length dáme příslušnou jednotku (např. nm). Po potvrzení přes OK už budou všechny měřené rozměry správně.

Pomocí programu můžeme vyhodnocovat např. distribuci velkostí částic. Označíme měřený rozměr pomocí úsečky a zmáčkneme Ctrl+M. Objeví se nové okno Results s vloženou délkovou hodnotou. Nyní postupně označujeme další rozměry a přidáváme je pomocí Ctrl+M. Výsledky pak zpracujeme přes nabídku Analyze/Summarize, případně vykreslíme distribuci přes Analyze/Distributions..., kde vybereme parametr Length.

(9 MiB)

BSE detektor

Při interakci dopadajících elektronů s látkou nevznikají pouze nové, sekundární elektrony (SE), ale může dojít i k zpětnému odrazu původních elektronů. Tyto elektrony se označují jako zpětně odražené elektrony (BSE). K jejich detekci se v mikroskopu VEGA používá speciální detektor ve formě prstence, který se umísťuje těsně pod elektronový sloupec.

Detektor se zasouvá ručně pomocí kliky přístupné ze zadní strany mikroskopu a jeho umístění je možné sledovat pomocí IČ kamery.

(0,1 MiB)

Musí se zasunout až nadoraz. Protože zabírá část prostoru pod elektronovým sloupcem, musí být vzorek níže než při pozorování sekundárních elektronů - při zaostření by hodnota WD & Z v okně stage neměla být menší než 8 mm.

Obraz z detektoru se aktivuje v pravém panelu v položce SEM Detectors & Mixer. Pro získání obraz není nutné aby byl detektor zasunutý, ale kvalita signálů je v takovém případě mizerná. Konkrétní režim zobrazení se volí jako:

  • A + B zobrazí součet signálu z detektoru sekundárních i zpětně odražených elektronů,
  • A – B zobrazí rozdíl signálu z detektoru SE a BSE,
  • A | B zobrazí oba signály nezávisle vedle sebe, ve zdvojeném okně.

Poslední volba je pro naše účely nejdůležitější. Přepnutí do režimu A zobrazí opět jen jeden kanál. Který z detektorů je A a B se volí v nabídce pod přepínačem režimu. Každý z kanálů má nezávislé nastavení kontrastu. Protože vedle okna s živým náhledem v režimu A | B je jen jedna sada ikon, dají se funkce (např. automatický kontrast) pro druhý kanál vyvolat kliknutím pravým tlačítkem na příslušné polovině obrazu. Posledním táhlem se dá nastavit váha aritmetické operace v režimu A + B a A – B.

Úkoly:

U všech úloh nejprve proveďte správné seřízení mikroskopu a poté prozkoumejte celkový povrch vzorku.

  1. Na vzorku luminiscenční diody zobrazte její strukturu, určete tloušťku vodičů a poloměry zaoblení, proměřte průměry kontaktních vodičů.
  2. Na vzorku integrovaného obvodu změřte rozteč paralelních vodičů, tloušťku vodičů a velikost kontaktních ploch. Kvalitativně vyhodnoťte texturu jednotlivých částí obvodu.
  3. Zobrazte mřížku Nanosensors 2D200 a vyhodnoťte rozteč pyramidálních otvorů.
  4. Určete efektivní poloměr hrotu pro STM a AFM, v případě AFM nosníku určete také jeho geometrické rozměry nutné pro výpočet konstanty tuhosti.
  5. Vyhodnoťte distribuci velikosti částic kalibračních kuliček a vzorku nanočástic oxidu železitého.
  6. Ve vzorku RPL vyhledejte tubulární struktury a vyhodnoťte jejich rozměry.
  7. Na kompozitním vzorku cínové pájky zobrazte strukturu povrchu a porovnejte obrazy získané v režimu SE a BSE.