HIẾN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA Súng điện tử - Kính tụ thứ nhất _. Khẩu độ kính tụ —-—- Kính tụ thứ hai Khẩu độ kinh vật __ „ Kính vật - — Thấu kinh trung gian thứ 1- Khẩu độ giới hạn Thấu kính trung gian thứ 2 - Kính phóng Van khí Màn phát quang qua thông Hình 5.1 (a) Sơ đề mặt cắt của cột kính hiển vị điện tử truyền thường. được điều chỉnh sát bằng cách thay đổi tiêu cự của kính vật và độ phóng đại bị có thêm kính nhờ sự thay đổi dòng của hai kính phóng. Một số thiết nhận bằng máy ảnh hoặc phóng để mở rộng thang phóng đại.
Ảnh được ghi hệ ghi số đặt dưới buồng quan sắt. vào buồng kính hiển vi Các mẫu dạng đĩa với đường kính cỡ 3 mm được đưa phương x, y Và Z. Ngoài nhờ van khí và giá mẫu có thê dịch chuyển theo các 175 HIẾN VỊ ĐIỆN TỬ TRUYỂN QUA tử. Các kính hiển vi điện tử hiện đại cho phép các điều kiện vận hành được hiển thị như kiểu hoạt động, đều thế tăng tốc, kích thước chùm tia, độ phóng đạt, v.
Hơn thế nữa, nhà sản xuất thường cung cấp các tài liệu rất hữu ích giúp cho người vận hành tự chẩn đoán trạng thái thiết bị khi vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa.1 Thuyết động học về tương phản trên ảnh 5.1 Khái niệm Trong chương 3 ta đã khảo sát ảnh nhiễu xạ từ tỉnh thể, tức là biên độ sóng nhiều xạ ở khoảng cách rất xa kể từ tỉnh thể mà thực tế là ở vô cùng. Để tính toán sự tương phản ảnh cần phải thiết lập sự phân bố cường độ ở dưới bề mặt tỉnh thể mà nó sẽ tạo nên ảnh nhờ thấu kính. Tương phản nhiễu xạ phát sinh khi sử dụng trong hệ một điapham khẩu độ nào đó mà nó cho phép qua hoặc là chùm nhiễu xạ hoặc là chùm thang, hình 5. Trong trường hợp cho qua chùm thẳng ta có ảnh trường sáng và trường hợp còn lại cho ảnh trường tối.
to Boi vay cần phải tính sự phân bố cường độ hoặc là của chùm xuyên thẳng hoặc là của chùm nhiễu xạ ở bẻ mặt dưới của tinh thể.2 Ảnh trường tối Để tính biên độ sóng nhiễu xạ ở dưới bề mặt tỉnh thể ta phân chia nó thành nhiều lớp song song với bề mặt. Nếu chùm nhiễu xạ đi theo hướng như trên hình 5.3 thì ta tính biên độ tại điểm P nhờ cách dựng đối với mỗi lớp mặt phẳng vùng frenen xung quanh điểm cắt của tia với mặt phẳng này. góp lớn nhất vào biên độ sóng từ mỗi mặt phẳng sinh ra ở một số vùng đầu - tiên (giả sử là mười) tức là từ khu vực bán kính ~3#, ở đây R là bán kính vùng đầu tiên. Vì R = (Ax)'”, khu vực này trên mặt phẳng gần A sẽ vô cùng nhỏ mặc dù tính thể có chiều dày ~ 1000 A, gid ti R~ 6 A.
Phương pháp khảo sát khác là nhờ biểu đồ biên độ-pha được xây dựng trên cơ sở giả thiết rằng mỗi phần tử diện tích đều tán xạ giống nhau. Song, vì mặt phẳng bao gồm các nguyên tử rời rạc, khu vực được khảo sát gồm một lượng nguyên tử đủ lớn sao cho sự thăng giáng là đều. Hai lý do này đưa đến giả thiết rằng bán kính trung bình của khu vực mạng đóng góp hiệu dụng vào biên độ sóng tương ứng với một số nguyên tử để cho tổng sự đóng góp chỉ là từ cột tỉnh 177 HIỂN VỊ ĐIỆN TỬ TRUYỀỂN QUA Chùm tới 8#. Rx GA Một số vùng Frenen (ŒŒ8\ ⁄/lẩutên tren ~/000Ä \ 1 , #\: Ầ Ma Dưới — Z\ Chùm nhiễu xạ ~ZOA Hình 5.3 Phép gần đúng cột.
Sự đóng góp lớn nhất vào biên độ sóng nhiễu xạ từ mỗi mặt phẳng phát sinh ở một số ít vùng Frenen đầu tiên; một số vùng này được chỉ rõ trong hình vẽ. Áp dụng công thức chiều dày tắt (3. cosØ ce AFấn: biểu thức (5.1 a) có thể viết dưới dạng: đó, = z exp(~ 2Zisz)4z (5.1 b) & Bởi vậy biên độ tổng cộng tại P là : t * độ, = it fexp(- 2msz)dz (5.2) g 0 hay Ó, cm” exp(- nist) (5.3) “ 6 ms 179 HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀỂN QUA b)> gs c a $ xã 3 = = c 2 3 6 2 Da a ® 0 ` Hình 5.6 Sự dao động của sóng nhiễu xạ và sóng truyền qua trong tỉnh thể do sự phát sinh dải chiều dày tại mép hình nêm tỉnh thể. Trong sự gần đúng này cường độ sóng truyền qua tại các điểm đánh dấu tròn trắng là nhự nhau và giống trên bề mặt trên.7 Vân chiều dày trong nhôm (AI) quanh hố sâu tròn.
181 HIỂN VỊ ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA vuông góc với cột. Sau khi thay tổng bằng tích phân ta nhận được biên độ sóng tán xa tại bề mặt dưới tỉnh thể như sau Ộ, = z Jexp(- Inig.7) £0 Như vậy, sự có mặt không hoàn chỉnh đã dẫn đến nhân số pha phụ exp(-iœ), ở đây œ = 2ZzeR. Kết quả đó cũng thu được trong mục 3.4 của chương 3 khi khảo sát biên độ sóng nhiễu xạ bởi tính thể sai hỏng. Đối với vài mục đích, để thuận lợi ta trình bày nhân số pha dưới dạng công thức khác.
Trong phương trình G. 7), là vectơ mạng đảo trong tỉnh thể hoàn chỉnh còn s là thông số lệch của mạng đảo. Song sự sai hỏng có thể khảo sát như là sự thay đổi địa phương của định hướng và thông số mạng đảo. Nếu ta ký hiệu ø là vectơ địa phương của mạng đảo sai hỏng, thì nó được xác định theo hệ thức: Sg.8) Sau khi thay g' = ø + Ag và r„ = r„ + R, ta được (với độ chính xác đến giá trị vô cùng bé bậc một): ø@.9) Bởi vậy, ø có thể viết dưới dạng: ơ = 27g.10) Đại lượng R va Ag nói chung phụ thuộc vàoz và một là tìm sự phụ thuộc này, hai là lấy tích phân phương trình (5.
Song điều đáng chú ý đó là nếu độ dịch R vuông góc với g thì tương phan sẽ không có. Đó cũng là cơ sở để xác định vectơ Burgers. Ngược lại, độ tương phản là cực đại nếu Ö song song với ø. Để khảo sát hiệu ứng này nên sử dụng đại lượng Ag.8) thoả mãn đối với mọi điểm gần r„„ vì thế hai điểm cách nhau một khoảng đx, của thành phần Ag dọc x;, tức là Ag,;, được biểu thị dưới dạng sau OR, Ag.11) ` Ox, trong do R, là thanh phan R doc theo g.
Tot nhất là lấy trục dọc theo ø và vuông góc với ø tương ứng trong mặt phẳng tới (trong đó chứa vectơ sóng so cấp và ø) và vuông góc với nó. Thành phần As, vuông góc với g nhưng nằm trong mặt phẳng tới, “phat sinh do su quay dia phuong mang. HIẾN VỊ ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA Hình 5.9 Sự thay đổi thông số lệch s do phép quay địa phương ôộ và thay đổi thông số mạng. Vectơ mạng đảo OG quay di mét géc 56 va kéo dai thêm một lượng (4g )¿ thành vectơ OG’.
Ú, = a Íexp(—¡z)exp(- 27isz}dz (5.15) là hàm tuyến tính của vị trí vectơ r. tren bé mat phân chia (với thành phần x, s ° va x, doc theo ø và vuông góc với ø trên bề mặt này). Dưới đây sẽ khảo sát một số thí dụ cụ thể.2 Sai hỏng xếp Đây là đạng đơn giản nhất của sự không hoàn chỉnh. Phần tinh thể phía trên và dưới khuyết tật giống nhau về thông số và định hướng, song dịch tương đối so với nhau một vectơ không đổi ®, hình 5.
Bởi vậy nhân số pha @ 185 HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỂN QUA Tỉnh thể 1 it phẳng khuyết tật Tỉnh thể 2. Cột dịch một khoảng RR Hình 5.10 Khuyết tật xếp cắt màng và gây nên sự địch chuyển của một phần cột so với phần kia.16) « ở đây m - sỐ nguyên. Với ø = 2mz, m 1a s6 nguyên khuyết tật như đã nói trên là không thể thấy được. Bởi vậy khuyết tật được khảo sát sẽ không thấy ở phản xạ (220) va BT 1 1).
Khuyết tật luôn thấy ở phản xạ bất kỳ kiểu (200). Sự phân bố cường độ dễ dàng tìm ra từ phương trình (5. Nếu khuyết tật được tìm ở chiều sâu ¢, thì biên độ tán xạ của cột là 0, = | fexp(- 27isz)dz + fexp(- ia)exp(- aia | : (5. ?, „ =———€XP| Zs rị ——4 lexpl- p(- 7st ist) )x (5.
a „| x4sin| Zs + — |— sin— exp| 2| — —Í, \ | | 2 | b Ih Sự phân bố cường độ được xác định bằng công thức I= | 5 sin[ a + “) + sin? 2 asin Zsin| ms + 2) COS 2m) (5.20) (Es l 2 2 “ 2 187 HIẾN VỊ ĐIỆN TỬ TRUYỂN QUA Hình 5.12 (a) Cột PP" chứa sai hỏng xếp tại điểm Q, (b) biểu đồ biên độ- pha của nó. Biên độ tổng cộng là vectơ PP", biên độ của cột tương ting trong tinh thé hoan chinh la vecta PP’. tron dau tiên, và vì sự khác nhau tương ứng trong độ dài cột ở dưới tính thể cũng là s` nên điểm P" sẽ nằm ở vị trí trên vòng tròn thứ hai. Độ tương phản ở hai điểm này sẽ như nhau, và: phát sinh loạt dải song song với đường cắt của khuyết tật với bề mặt.
Khuyết tật xếp song song với mặt phẳng màng sẽ không cho dải, chúng sẽ có vẻ hoặc là tối hơn hoặc là sáng hơn phông tròn, phù hợp với giá trị ï, f, s và œ trong công thức (5. Tất nhiên, ngay cả với cấu trúc khác khuyết tật có biên giới miền ngược pha, thí dụ, z= øZ và n - không nguyên, cũng được khảo sát dưới dạng dải khuyết tật XẾp. Sự tách lớp rất mỏng có thể tạo nên sựu dich chuyén hiéu qua của phần tinh thể này so với phần tinh thể kia không bằng vectơ lan truyền mạng. Trong trường hợp này có thể quan sát thấy dải dịch chuyển tương tự như dải khuyết tật xếp.
Sự tương phản được quyết định bởi vectơ R ma nó có thể vuông góc với tấm, song đương nhiên dải dịch chuyển sẽ luôn song song với đường giao nhau của mặt phẳng tấm với bề mặt màng. Cũng cần nhấn mạnh rằng tấm được khảo sát với giả thiết rất lớn. Bản chất của dải khuyết tật xếp được thảo luận thuận tiện hơn trên cơ sở thuyết động lực học, ở đó sẽ chỉ rõ sự khác nhau đặc biệt như thế nào giữa profin cường độ của dải khuyết tật xếp và dải chiều dày.14 Lệch thể hiện trên vân moire song song hình thành do xếp chéng hai lop Pd va Au. Sự khác nhau giữa các biểu thức này là ở chỗ ø là hàm của x, và x, mà trên thực tế nó vuông.