Национальный исследовательский ядерный университет

«МИФИ»

Физико-технический факультет.

Кафедра №9 «Физические проблемы материаловедения»

Пояснительная записка к курсовому проекту

По курсу «Физические методы исследования. Вакуумная техника» « Растровый электронный микроскоп с автоэмиссионным катодом »

Выполнил: Шувалов Д. Б.

Группа : Ф7-04

Принял: Волков

Москва2011 г.

Содержание

Введение

1. Расчёт высоковакуумной системы

Введение.

Растровый электронный микроскоп (РЭМ) — прибор , предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким пространственным разрешением (единицы нанометров), также информации о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоёв. Метод растровой электронной микроскопии использует энергетическое и пространственное распределение электронов, эмитированных из приповерхностного слоя материала образца под воздействием сфокусированного электронного пучка. В формировании изображения в РЭМ участвуют различные типы электронов: упругорассеянные, истинно-вторичные, оже-электроны. А также рентгеновское излучение, генерируемое вторичными и оже-электронами.

Рисунок 1. Энергетический спектр вторичных электронов.

a- медленные вторичные электроны (истинно вторичные электроны);

b- неупругорассеянные первичные электроны;

c- упругорасеянные первичные электроны.

Автоэмиссионные катоды (холодные эмиттеры) - это источники электронов, принцип работы которых основан на явлении автоэлектронной эмиссии, то есть на туннелировании электронов под действием приложенного электрического поля через потенциальный барьер на границе раздела "твердое тело-вакуум". Вероятность такого туннелирования определяется высотой потенциального барьера (работой выхода) и величиной приложенного электрического поля. Работа выхода определяется фундаментальными свойствами материала и для большинства материалов составляет 4-5 ЭВ, при этом для получения достаточно больших для практических целей токов эмиссии требуются напряженности электрического поля ~10⁷ В/см.

Для обеспечения нормальной работы растрового электронного микроскопа с автоэмиссионной пушкой необходимо создание и поддержание высокого вакуума (~10^-8 Торр ) . Цель данной работы- разработать соответствующую высоковакуумную систему.

В данной работе рассматривается РЭМ, позволяющий изучать образцы диаметром до 200 мм и высотой до 10 мм. А также осуществлять следующие перемещения образца:

1. Линейное перемещение (по X-140 мм, по Y-80 мм, по Z-37,5 мм);

2. Вращение образца на 360˚;

3. Наклон образца от -5˚ до 70˚.

Необходимый объем камеры (с учетом запаса): V=360*300*(200*sin(70˚)+37,5+12,5)≈25,9*10⁶ мм³=25,9 л

Учтем объем источника электронов и конденсорного блока: V1=25,9+0,5+2=28,4 л

Исходя из этих соображений, в качестве откачиваемого объема выберем объем равный 29 литрам.

Для устранения вибрации, создаваемой низковакуумным насосом в систему будет включен демпфер.

Для конструирования вакуумной системы используется материал 12Х18Н10Т – нержавеющая сталь.

Схема растрового электронного микроскопа.

Рисунок 2- Схема растрового электронного микроскопа.