Программа опережающей профессиональной переподготовки в области метрологического обеспечения измерений размеров в нанодиапазоне (стр. 6 )

Физические основы растровой электронной микроскопии – в ходе данной лекции рассматриваются физические эффекты, лежащие в основе работы растрового электронного микроскопа. Термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия лежат в основе работы источника электронов; вторичная электронная эмиссия определяет контраст получаемого изображения, при этом различные механизмы взаимодействия первичного пучка с исследуемым образцом определяют информативность сигналов, соответствующим различным областям спектра вторичных электронов. Процессы рассеяния пучка электронов определяют область формирования информативного сигнала. Понимание таких эффектов позволит слушателям адекватно представлять физические ограничения методов измерений, основанных на растровой электронной микроскопии.

Устройство и работа растрового электронного микроскопа – слушатели получают представление об основных элементах растрового электронного микроскопа и общей схеме их взаимодействия. Понимание работы основных узлов электронной оптики (источника электронов, фокусирующей и сканирующей системы) и работы основных типов детекторов (детектора Эверхарта-Торнли медленных истинно-вторичных электронов, полупроводникового детектора обратнорассеянных электронов) и схемы их взаимодействия позволят слушателям более эффективно проводить юстировку растрового электронного микроскопа и оптимально выбирать режимы работы для получения качественного изображения.

Растровый электронный микроскоп как средство измерений – в ходе лекции обсуждаются вопросы привязки измеряемых линейных размеров к первичному эталону длины и обеспечении хранения единицы длины. Слушатели получают представление о действующих стандартах, регламентирующих проведение калибровки и поверки РЭМ (ГОСТ Р 8.631-2007, ГОСТ Р 8.636-2007). Перед слушателями ставится проблематика определения границ изучаемого объекта по профилю видеосигнала, приводятся современные подходы к решению данной задачи (моделирование РЭМ, использование метода дефокусировки). В заключение рассказывается о гипотетической конструкции идеального метрологического РЭМ с целью дополнительно проиллюстрировать ограничения существующих РЭМ как средства измерений. Понимание материалов данной лекции необходимо слушателям для разработки адекватных методик измерений, основанных на растровой электронной микроскопии.

Физические методы исследований, основанные на растровой электронной микроскопии – данная лекция необходима для ознакомления слушателей с широким кругом современных методов исследования: электронография, каналирование, дифракция обратнорассеянных электронов (EBSD), спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ), Оже-электронная спектроскопия (ОЭС), рентгеноспектральный микроанализ (РСМА), катодолюминисцетный микроанализ (КЛМА), метод поглощенного тока. Материалы лекции предназначены для расширения кругозора и подготовки слушателей к задачам выбора метода исследований для измерений структурных параметров структуры и анализа локального состава образцов.

Обзор современных достижений и тенденций – данная лекция посвящена обзору технологических и конструктивных приёмов, используемых в современных РЭМ, позволяющих расширить область применения растровой электронной микроскопии. Также в ходе лекции приводится обзор моделей ведущих мировых производителей РЭМ, позволяющий слушателям грамотно ориентироваться в предложениях по оснащению измерительных лабораторий предприятий наноиндустрии.

После прослушивания лекций базового модуля и прохождения процедуры контроля знаний у слушателя формируется общее представление о принципах работы РЭМ и особенностях использования РЭМ в качестве средства измерений.

Практические приемы работы на растровом электронном микроскопе – данная лекция предваряет практическое знакомство слушателей с непосредственной работой с РЭМ. В лекции освещены типичные действия, проводимые оператором РЭМ: юстировка электронной оптики, фокусировка и коррекция астигматизма электронного зонда. Также даются практические указания по выбору режима работы РЭМ в зависимости от класса исследуемого объекта: выбор ускоряющего напряжения и тока электронного зонда. Рассмотрены вопросы повышения качества эксплуатации РЭМ – способы продления времени жизни источника электронов.

Калибровка растрового электронного микроскопа – данная лекция предваряет практическое знакомство с процедурой калибровки РЭМ, согласно ГОСТ Р 8.636-2007. Приводятся рекомендации по установке эталонного образца МШПС-2.0К, получению изображений, интерпретации профиля видеосигнала эталонного образца и определению метрологических характеристик. Также рассматриваются возможные альтернативные эталонные образцы, их преимущества и недостатки; освещаются перспективные разработки в области создания эталонов длины для калибровки РЭМ.

Влияние электронного зонда на образец – лекция предваряет практическое занятие по изучению влияния электронного зонда на исследуемый образец и способов минимизации такого влияния. Рассматриваются явления зарядки и контаминации исследуемых образцов, нагрева и разрушения нанообъектов под действием электронного пучка. Приводятся способы борьбы с указанными негативными эффектами.

Пробоподготовка и исследование тонких плёнок и гетероструктур / наночастиц, нанотрубок, нанопорошков и ансамблей нанообъектов / нанокомпозитов / наноструктурированных покрытий – лекция подготавливает слушателей к практическим занятиям по исследованию различного класса нанообъектов, включая вопросы пробоподготовки: приготовление сколов, использование фокусированного ионного пучка, напыление маскирующего слоя для повышения контраста, диспергирование и иммобилизацию исследуемых нанообъектов. Рассмотрены особенности МИ параметров различных классов нанообъектов, включая эффекты близости – влияние плотности расположения объектов на интенсивность сигнала.

После выполнения практических занятий у слушателя формируются практические навыки измерения размерных параметров различного класса нанообъектов методами растровой электронной микроскопии.

1.3.3 Программа учебного курса «Исследование нанообъектов методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения»

1.  Список тем лекционного курса. (Объем лекционного курса - 10 часов)

1.1 Темы лекций базового модуля.

№ лекции	Название/Тезисы
1	Метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Обычный и аналитический просвечивающий электронный микроскоп (ОПЭМ и АПЭМ). Области применения.
Взаимодействие электронного пучка с веществом. ОПЭМ и АПЭМ. Основные характеристики ПЭМ. Области применения. Преимущество и недостатки методов просвечивающей электронной микроскопии. Задачи, решаемые с помощью просвечивающей электронной микроскопии.
2	Калибровка и юстировка просвечивающего электронного микроскопа
Юстировка просвечивающего электронного микроскопа. Ююстировка электронной пушки. Центровка апертуры конденсорной линзы. Коррекция астигматизма конденсорной линзы. Центровка апертуры объективной линзы. Коррекция астигматизма объективной линзы. Настройка высоты образца в колонне микроскопа. Тест-объекты для калибровки увеличения и дифракции. Подготовка микроскопа к калибровке и особенности подготовки при больших увеличениях. Проведение калибровки.
3	Устройство и основные узлы просвечивающего электронного микроскопа
Электромагнитные линзы. Источники и виды аберрации линз. Стигматоры, отклоняющие катушки, диафрагмы и их назначения. Осветитель. Устройство источников электронов (электронные пушки) и их характеристики. Линзовая система формирования и увеличения изображения. Камера наблюдения. Системы регистрации изображений. Вакуумная система микроскопа. Держатели образцов и гониометр. Дополнительное оборудование, устанавливаемое на микроскоп (приставки).
4	Действие и формирование изображения просвечивающего электронного микроскопа. Режимы работы.
Представления о механизме формирования изображения в электронном микроскопе. Основы теории формирования изображения в ПЭМ. Кинематическая теория и элементы динамической теории. Основные режимы работы ПЭМ. Режим изображения. Однолучевое и многолучевое изображения. Светлопольные и темнопольные методы получения изображений. Режим дифракции. Виды дифракционных картин и способы их получения. Дифракция на «толстом» кристалле. Картины Кикучи.
5	Изображения и контраст. Понятие о контрасте и виды контрастов. Дифракция электронов на веществе.
Амплитудный контраст. Фазовый контраст. Получение изображений высокого разрешения. Примеры исследований методами высокого разрешения. Некоторые элементы кристаллографии. Понятие об обратной решетке и ее свойства. Формы узлов обратной решетки тонких кристаллов. Дифракция электронов на кристаллической решетке. Построение сферы Эвальда для тонких кристаллов. Интерференционная функция для тонких кристаллов.

1.2. Темы практических занятий по модулю «Методы электронной микроскопии для  измерения размерных параметров тонких пленок». (Объем модуля - 16 часов)

1	Приготовление образцов из тонкой пленки для просвечивающей электронной микроскопии. Работа на ПЭМ.
Геометрия образца для исследований. Критерий выбора метода и требования к методам приготовления образцов. Техника для приготовления образцов. Методы приготовления образцов из тонких пленок. Подготовка образца и микроскопа к проведению исследований. Загрузка образца в микроскоп. Поднятие ускоряющего напряжения и тока накала. Предварительная юстировка микроскопа. Получение обзорного снимка и изображения высокого разрешения и вывод на монитор ПЗС камеры. Точная фокусировка и корректировка астигматизма на изображении. Регистрация изображений.
2	Экспериментальные условия получения изображений высокого разрешения.
Термостабилизация колонны микроскопа и дрейф образца. Нормализация объективной линзы. Когерентность освещения. Выбор размеров диафрагм конденсорной и объективной линз. Толщина образца и контраст электронно-микроскопического изображения. Дефокусировка, дефокусировка по Шерцеру. Расходимость пучка. Требования к держателям образцов.
3	Анализ полученных изображений.
Определение (трактовка) типа контраста на изображении. Выявление структурных особенностей. Определение размеров и формы элементов структуры. Определение параметров субструктуры и структурных несовершенств. Идентификация типов дефектов и их характер пространственного распределения.
4	Интерпретация электронно-микроскопических изображений высокого разрешения. Моделирование расчетных изображений.
Интерпретация изображений с помощью приближения спроектированной зарядовой плотности (СЗП). Изменение изображения в зависимости от толщины образца. Динамические эффекты. Моделирование расчетных изображений и сравнение с экспериментальным. Методы теоретического расчета изображений высокого разрешения. Многослоевой метод.
5	Электронограммы и их расшифровка (индицирование)
Метод внешнего эталона. Электронограммы от аморфных материалов. Электронограммы от монокристаллических и поликристаллических материалов. Закон погасания для кристаллов разной сингонии. Индицирование электронограмм от поликристалла. Связь между постоянной прибора, межплоскостными расстояниями и радиусами на электронограмме. Ошибки определения значений межплоскостных расстояний и пути их уменьшения. Индицирование электронограмм от монокристалла Эталонные электронограммы и их применение в индицировании электронограмм

1.3. Темы практических занятий по модулю «Методы электронной микроскопии для  измерения размерных параметров нанообъектов». (Объем модуля - 16 часов)