Зарядка зразків в електронних мікроскопах (ЕМ) та ефект товщини зразка
Електрони, що падають, зазнають пружного та нееластичного розсіювання. Електрони, що виходять із поверхні матеріалу, повинні залишати позаду позитивні заряди. У стаціонарних умовах візуалізації ЕМ можуть мати місце зарядні ефекти субстрату (у SEM) або плівки (у TEM). Ці ефекти в основному виникають внаслідок динамічної конкуренції між випромінюванням СЕ (вторинних електронів) та захопленням деяких ПЕ (первинних електронів) або генерованим ПЕ. Викиди ПЕ сприяють позитивному зарядженню, тоді як уловлювання ПЕ/ПЕ - негативному заряду.
Для спостережень ЕМ можна встановити стійкий електричний баланс:
де,
I0 - Струм падаючого пучка
Vs - поверхневий потенціал, що розвивається в пучку [1]
Rs - Ефективний електричний опір між опроміненою і оточуючими областями зразка [1]
Це - переданий електронний струм (для зразків TEM і STEM він не дорівнює нулю; для об'ємних зразків SEM - нуль)
О · †“Коефіцієнт зворотного розсіювання
Оґ (Vs) - Ефективний вихід вторинних електронів, коли поверхневий потенціал Vs
Терміни в лівій частині рівняння 4465В представляють струм, що надходить в опромінений об'єм від падаючого пучка (перший член) і струм витоку з навколишніх областей (другий член). Терміни праворуч представляють втрату електронів шляхом передачі (перший член), зворотним розсіянням (другий член) і вторинним випромінюванням (третій член). Термін передачі дорівнює нулю для об'ємних зразків SEM, тоді як він є ненульовим для тонкоплівкових зразків TEM, STEM та SEM. При високих напругах падаючих електронів (E0) різниця О ”I (I0-It) дуже мала, тобто поглинання електронів незначне.
За специфічних умов візуалізації СЕМ стаціонарне заселення зарядів значно менше, ніж оцінюється моделлю генерації електронно-діркової пари, за рахунок виходу, дифузії носіїв, рекомбінації та захоплення СЕ (вторинних електронів). Як показано на малюнку 4465, вища падаюча напруга призводить до більшої кількості імплантованого заряду О ”Q порівняно із випадком низької падаючої напруги. Однак щільність заряду при низькій падаючій напрузі більша, ніж при високій падаючій напрузі.