전자 프로브 직경, 프로브 직경

전자 프로브 직경(probe diameter)은 시료 표면에 집속되는 입사 전자 프로브의 직경을 의미한다.
다음 방정식은 프로브 직경의 정의에 널리 사용됩니다.

위 방정식은 프로브 직경을 나타냅니다. d 시편 표면에서 XNUMX항의 제곱 평균 제곱근으로 얻거나, d₀ (수차가 없는 전자원에 의해 얻어진 탐침 직경), d_d (회절 수차에 의해 결정되는 프로브 직경), d_s (구면 수차에 의해 결정되는 최소 착란원의 프로브 직경) 및 d_c (색수차에 의해 결정되는 최소 착란원의 프로브 직경). 아래 방정식은 다음에 대한 구체적인 설명을 나타냅니다. d₀, d_d, d_s 및 dc. 여기, I_p 프로브 전류, β 는 전자총의 밝기, α 전자 프로브의 수렴 반각, λ 는 전자 파장, C_s 는 대물렌즈의 구면수차계수, C_c 는 대물렌즈의 색수차 계수, E 는 전자빔의 에너지이고 △E 전자빔의 에너지 확산입니다. 방정식은 프로브 직경이 d 수렴 반각의 함수 α 전자 프로브의.

그림 1은 수렴 반각의 함수로서 프로브 직경 d를 보여줍니다. α 20kV의 가속 전압에서 작동하는 열전자 방출 전자총(텅스텐 필라멘트)이 장착된 일반 SEM의 경우. 여기에 사용된 매개변수는 다음과 같습니다. E=20keV, △E=1eV, C_s=50mm, C_c=20mm, β= 7 × 10⁴ A/센티미터²/sr 및 I_p=1pA, 10pA 및 100pA(XNUMX가지 경우). 세 가지 프로브 전류 I_p 높은 공간 분해능 관찰을 위한 작은 프로브 전류, 요소 분석을 위한 큰 프로브 전류, 고해상도 관찰 및 요소 분석을 타협하기 위한 중간 프로브 전류의 경우에 해당합니다.

에 대한 검은색 곡선 I_p = 100pA는 프로브 직경이 d 에 의해 주로 결정된다 d₀ 과 d_s어디로 d₀ 전자 소스로 인한 프로브 직경 및 d_s 구면 수차로 인한 프로브 직경입니다. 에 대한 검은색 곡선 I_p = 1 pA는 프로브 직경이 d 색수차로 인한 프로브 확산의 영향을 받습니다. d_c. 프로브 직경이 가장 작은 것을 볼 수 있습니다. d 전자의 경우 ~33nm(Ip: 100pA)이고 후자의 경우 ~7nm입니다(I_p : 1pA). 프로브 직경을 줄이기 위해 d 고해상도 이미지를 얻기 위해서는 먼저 α 최소화하는 d 수치 계산으로 검사한 다음 α 대물렌즈 조리개(직경)를 선택하거나 제어할 렌즈의 여기를 조정하여 계산된 값으로 설정됩니다. α.
그림 2는 1kV 및 20kV의 가속 전압에서 작동하는 Schottky 전자총이 장착된 SEM에 대한 수렴 반각 α의 함수로서 프로브 직경 d를 보여줍니다. 사용되는 매개변수는 다음과 같습니다. E=1 keV 및 20 keV(XNUMX가지 경우), △E=0.5eV, C_s=4mm, C_c=2mm, β= 1 × 10⁸ A/센티미터²/sr 및 I_p=1pA . Schottky 전자총이 장착된 SEM의 경우 프로브 직경 d는 주로 다음과 같이 결정됩니다. d_d (회절 수차로 인한 프로브 확산) 및 d_s (구면 수차로 인한 프로브 확산) 20kV의 가속 전압에 대해 주로 다음과 같이 결정됩니다. d_d (회절 수차로 인한 프로브 확산) 및 d_c (색수차로 인한 프로브 확산) 가속 전압 1kV에 대해. 프로브 직경이 가장 작은 것을 볼 수 있습니다. d 1kV의 가속 전압에 대해 ~20nm이고 7kV의 가속 전압에 대해 ~1nm입니다. 가속 전압이 낮아질수록 색수차의 증가로 탐침 직경이 커진다.
열전자 방출 전자총이 장착된 일반 SEM의 경우, 7kV의 높은 가속 전압에서만 ~20nm의 가장 작은 프로브 직경이 얻어집니다. 반면 Schottky 전자총을 장착한 SEM의 경우 7kV의 매우 낮은 전압에서도 ~1nm의 비슷한 직경을 얻는다. 이 때문입니다 d₀ 쇼트키 전자총의 (수차가 없는 전자원에 의해 얻어진 탐침 직경)은 열전자 방출 전자총(텅스텐 필라멘트)의 것보다 현저히 작다.

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