Elektronová mikroskopie v podmínkách ultravysokého vakua
Mikroskopie a analýza velmi čistých povrchů v ultravysokovakuových podmínkách představuje pro současné a zejména pro nastupující nanotechnologie nenahraditelný nástroj. ÚPT si postavil vlastní verzi ultravysokovakuového rastrovacího elektronového mikroskopu pro studium atomově čistých a definovaných, popř. přímo v přístroji připravených povrchů pevných látek. Díky svojí kompletní vypékatelnosti mikroskop pracuje s vakuem v řádu 10–8 Pa, nicméně vzorky jsou pohodlně a rychle vyměňovány vakuovou propustí. Zařízení sestává ze tří vakuových komor: pozorovací komory, preparační komory a vakuové propusti. V pozorovací komoře je instalován elektronově optický tubus umožňující práci při všech energiích elektronů až do zlomků elektronvoltu a dokonce i zachytit zrcadlový obraz povrchu preparátu. K dispozici jsou detektory pro zachycení kompletní emise zpětně odražených elektronů při všech energiích, emise sekundárních elektronů a emise prošlých elektronů. Také lze snímat a analyzovat plyny uvolňované dopadem elektronů. Zařízení bude v blízké budoucnosti vybaveno analyzátorem energií Augerových elektronů. V preparační komoře se nacházejí zařízení pro čištění a odprašování povrchu iontovým svazkem a pro napařování vrstev z až tří různých materiálů.
ÚPT má v plánu zakoupit fotoemisní elektronový mikroskop (PEEM) kombinovaný s přímo zobrazujícím nízkoenergiovým elektronovým mikroskopem (LEEM) pro komplexní studium čistých krystalických povrchů všech typů.
Výhody a příklady aplikací:
- Unikátní sestava manipulátoru vzorku a detektoru umožňuje seřízení přístroje na optimální parametry práce při libovolně nízkých energiích.
- Elektrické pole v prostoru nad vzorkem soustřeďuje veškerou emisi elektronů a tedy zajišťuje shromáždění vší dostupné informace.
- Velmi vysoká sběrová účinnost detekce signálu zvyšuje poměr signálu k šumu v obraze a urychluje sběr dat.
- Při velmi nízkých energiích elektronů se v mikrosnímcích objevují nové typy kontrastních mechanismů, které navíc k tradičnímu topografickému a materiálovému kontrastu odhalují elektronickou a krystalickou strukturu vzorku.
- Malý interakční objem značně zlepšuje rozlišení detailů ponořených pod povrch nebo vystupujících nad něj a obecně zvyšuje povrchovou citlivost.
- Zrna v polykrystalických materiálech se stávají viditelnými s vysokým kontrastem, a to včetně podzrn, dvojčat, apod., s možností identifikace jejich krystalografické orientace.
- S vysokým kontrastem a rozlišením je mapováno vnitřní napětí v polykrystalických materiálech.
- Dopované oblasti v polovodičích je možné studovat kvantitativně a také přesně měřit kritické rozměry těchto obrazců.
- Při velmi nízkých energiích ustává radiační poškozování extrémně citlivých preparátů.
- Díky zvětšené vlnové délce velmi pomalé elektrony vytvářejí difrakční a interferenční jevy, které se stávají novými nástroji zkoumání nanostruktur.