Устройство для измерения потенциалов

 

О П И С А Н И Е 272454

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Gams Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Кл. 21g, 37/01

Заявлено 15.Ч11,1968 (№ 1255473/26-25) с присоединением заявки ¹

МПК Н Olj

УДК 621.385.833 (088.8) Приоритет

Опубликовано ОЗ.Ч1.1970. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания I I.IX.1970

Комитет по делам ясобрвтений и открытия при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

В. Г. Дюков, А. Н. Невзоров, Н. H. Седов и Г. В. Спивак

Московский государственный университет

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ

HA ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ, ЭМИТТИРОВАННЫХ

С ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Настоящее изобретение относится к электронной микроскопии. Устройство предназначается для локального измерения электрических потенциалов на поверхности твердых тел (полупроводниковых приборов, микрорадиоэлектронных схем, активных эмиттеров и т. д.), а также для измерения энергетического спектра электронов, эмиттированных с локального микроучастка поверхности образца при любом виде эмиссии в эмиссионном электронном микроскопе.

Известны устройства, содержащие эмиссионный электронный микроскоп, содержаший в плоскости конечного изображения диафрагму, приемник электронов и индикатор, например кинескоп, в котопом модулятор соединен с приемником заряженных частиц, а развертка синхронизирована с разверткой изображения в микроскопе.

Такие устройства позволяют снять только интегральную информацию о распределении электронов по энергиям при эмиссии, хотя наибольший интерес представляют данные об эмиссионных свойствах отдельных микрообластей эмиттеров.

С помощью данного устройства информация о потенциальном рельефе может быть получена путем непосредственного отсчета абсолютных значений потенциала в данной точке ооразца, а также автоматическим построением потенциалей с измеренным значением на наблюдаемом участке изображения поверхности образца. Кроме того, как отмечалось выше, с помощью данного устройства можно снять кривые задержки для эмиттированных с данного элемента эмиттера электронов или же получить его изображение в электронах с определенной фильтрацией по энергиям.

Предлагаемое устройство для измерения

1р потенциалов на поверхности твердых тел и энергетических спектров электронов, эмиттированных с поверхности твердых тел, отличается от известных устройств аналогичного назначения тем. что для повышения точности измерений и определения локальных значений измеряемых величин между диафрагмой и приемником электронов расположен фильтр, пропускающий электроны, энергия которых превышает заданный уровень, выполненный в виде последовательно расположенных по пути электронного пучка задерживающего электрода с сетками и ускоряющего электрода.

Устройство схематически изображено на

25 чертеже.

В верхней части откачиваемой колонны микроскопа помещен образец 1 с иммерсионной линзой. Он соединен с источником 2 ускоряющего напряжения и может извне переме3р щаться относительно оптической оси. Изобра272454

25

65 жение в эмиттированных с его поверхности электронах формируется в плоскости люминесцирующего экрана 8 с небольшим отверстием

4 EIB оси и может наолюдаться через окно в колонне. За экраном на пути электронного луча помещен электрод 5, соединенный с образцом через источник регулируемого постоянного напряжения, с помощью которого потенциал этого электрода в работе может быть сделан либо положительным либо отрицательным относительно образца. Это смещение отмечается вольтметром б с нулевой точкой в середине шкалы. В приосевой части электрода 5 имеется отверстие, диаметр которого близок к толщине электрода. Две мелкоячеистые сетки 7 закрывают отверстие с двух сторон.

За электродом 5 установлен еще один электрод 8 с отверстием по оси, закрытым мелкоячеистой сеткой большей прозрачности, как и предыдущие. Под трехэлектродной системой расположен экран со сцинтиллятором 9. Против экрана установлен фотоумножитель 10, который соединен с источником питания, микроамперметром 11 и усилителем 12, входное сопротивление которого служит нагрузкой фотоумножителя. Выход усилителя подключен к модулирующему электроду 18 кинескопа 14.

Электронный луч кинескопа отклоняется по экрану катушками 15, которые соединены последовательно с отклоняющими катушками в колонне прибора 1б и генератором 17 пилообразного тока, Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Эмиттированные с поверхности образца 1 электроны ускоряются и фокусируются на экране 8 с отверстием 4. Часть пучка электронов, эмиттированных с элемента поверхности образца, размер которого определяется отношением диаметра отверстия 4 к электроннооптическому увеличению изображения в плоскости экрана 8, проходит через него и попадает в задерживающее поле перед электродом

5. Применение достаточно мелкоячеистых сеток 7 обеспечивает образование внутри полости электрода 5 между сетками 7 эквипотенциальпого слоя, потенциал которого равен потенциалу самого электрода 5.

Электроны, энергии которых было достаточно для преодоления задерживающего поля, после пролета эквипотенциального слоя попадают в ускоряющее поле перед электродом 8 н с прежней энергией эффективно возбуждают свечение сцинтиллятора 9. Это свечение преобразуется фотоумножителем 10 в ток, отмечаемый микроамперметром 11. Таким образом, в пределах плотностей токов, обеспечивающих линейную зависимость свечения сцинтиллятора 9, стрелочный прибор ll отсчитывает относительный ток электронов, прошедших через отверстие 4 и дошедших до сциниллятора 9.

При местных измерениях потенциала на поверхности образца 1 по точкам телевизионные

60 элементы в работе не участвуют. Для простоты можно предположить, что поверхность образца имеет две области, к одной из которых подсоединен высоковольтный источник 2, а другая имеет иной потенциал, значение которого надо измерить. Удельная, например вторичная, эмиссия па всей наблюдаемой поверхности образца одинакова. Оператор наблюдает изображение образца на экране 8 и следит за показаниями микроамперметра 11 и вольтметра б. В исходном положении образце передвигают так, чтобы отверстие 4 на экране 8 приходилось на ту его часть, которая подсоединена к источнику питания. Регулируя с помощью потенциометра сме1ценHe Hа электрод

5 так, чтобы вольтметр б показывал нулевое смещение на образце, отмечают показание микроамперметра 11. Затем передвигают образец так, чтобы отверстие 4 приходилось на ту область изображения, потенциал которого надлежит измерить, меняют величину смещения до установления исходного тока микроамперметра 11. В этом случае показание вольтметра соответствует потенциалу в данной точке образца с точностью, допускаемой стабильностью работы питающих устройств и точностью приборов. Следует отметить, что нестабильность высоковольтного источника 2 сказывается на точности измерений меньше, чем нестабильность остальных источников и тания.

При включении развертки изображение об разца 1 на экране кинескопа 14 составляетс:, из светлой и темной частей, которые соответствуют вышеупомянутым областям на образце, причем одна часть изображения (темная) формируется в задержанных электронах, а другая — в полностью прошедших. Граница между темным и светлым участками изображения является эквипотенциалью. Она перемещается при изменении потенциала задержки, выявляя топографию потенпиального рельефа. Значение потенциала, одинаковое по всей границе, изменяется с точностью, не превышающей ширину крутой части кривой задержки электронов для данного вида эмиссии, причем для повышения точности спектр электронов в иммерсионном объективе можно обузить применением тонкой апертурной диафрагмы.

Перечисленные измерения могут иметь место и в случае, когда измеряемые потенциалы являются быстропеременными, путем стробоскопического наблюдения переходных процессов.

Для измерения энергетического спектра эмиттированных электронов с данного элемента поверхности образца снимают кривую задержки как зависимость показаний микроамперметра 11 от напряжения задержки. Далее путем графического дифференцирования получают требуемую кривую (в принципе данное устройство допускает автоматическое получение локальных спектров эмиссии при подаче на задержку пилообразного напряже272454

Составитель Т. М. Гончарова

Редактор В. Ф. Полещук Техред Т. П. Курилко Корректор Г. С. Мухина

Заказ 2514! l8 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2 ия с последующим дифференцированием сигнала).

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения потенциалов а поверхности твердых тел и энергетических пектров электронов, эмиттированных с поверхности твердых тел, включающее в себя 10 электронный эмиссионный микроскоп, содеркащий в плоскости конечного изображения диафрагму, приемник электронов и индикаор, например кинескоп, в котором модулятор соединен с приемником электронов, а развертка синхронизирована с разверткой изображения в микроскопе, отличающееся тем, что, с целью определения локальных значений измеряемых величин и повышения точности измерений, между диафрагмой и приемником электронов расположен фильтр, пропускающий электроны, энергия которых превышает заданный уровень.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный фильтр выполнен в виде последовательно расположенных на пути электронного пучка задерживающего электрода с сетками и ускоряющего электрода.