Детектор для визуализации и исследования магнитных полей в сканирующем электронном микроскопе

Полезная модель относится к измерительной технике, методам получения и исследования изображений магнитных полей объектов из магнитного материала в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ).
При исследовании магнитных объектов в СЭМ сканирующий пучок электронов проходит через область магнитного поля и отклоняется в соответствии с его параметрами. Точная визуализация этого поля и определения его параметров были бы очень полезны для определения характеристик магнитного объекта.
Известен способ визуализации полей рассеивания магнитных микрообъектов, заключающийся в формировании изображения при нормальном падении электронного пучка на поверхность образца при энергии первичных электронов порядка нескольких кэВ. Недостатком известного способа является малый контраст получаемых изображений и значительный уровень шумовой неинформативной составляющей [A. Hubert, R. Schafer. Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. Springer, 2009].
Известен также детектор для визуализации рабочих магнитных полей элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), магнитных головок и тому подобных объектов при их наблюдении в режиме вторичных электронов в растровом (сканирующем) электронном микроскопе (RU 2564456 С1, публ. 10.10.2015 г.). Этот детектор, являющийся ближайшим к предлагаемому по конструктивному исполнению и функционированию, выполнен в виде тонкой листовой гладкой пластины из немагнитного материала, например, алюминиевой фольги толщиной 5 мкм, при этом детектор заземлен на корпус СЭМ с помощью стандартного элемента заземления. Детектор устанавливают вблизи исследуемого объекта и по получаемым с его помощью СЭМ - изображениям судят о пространственном распределении поля источника вторичных электронов, то есть исследуемого объекта. Однако это изображение, как видно по микрофотографии на фиг. 2, сильно размыто, и ни о какой контрастности и четкости визуализации не приходится говорить, тем более о расчетах характеристик магнитного поля.
Задачей полезной модели является создание детектора для более точной визуализации магнитного поля магнитных объектов с помощью СЭМ.
Технический результат - повышение четкости изображения магнитных линий с возможностью расчета характеристик магнитного поля, а также расширение возможностей СЭМ, достигается тем, что в детекторе, выполненном в виде тонколистовой гладкой пластины из немагнитного материала с элементом ее заземления на корпус СЭМ, в отличие от известного, на поверхности пластины выполнена сетка из немагнитного материала, при этом сетка может быть линейной или в виде решетки.
Благодаря наличию на поверхности пластины сетки из немагнитного материала изображение магнитного поля получается распределенным и четким.
Полезная модель поясняется чертежом, где:
фиг. 1 - разрез детектора с решетчатой сеткой,
фиг. 2 - детектор с решетчатой сеткой, вид сверху,
фиг. 3 - разрез детектора с линейной сеткой,
фиг. 4 - детектор с линейной сеткой, вид сверху,
а также фотографии 1 СЭМ изображения магнитного поля вокруг вертикально расположенного аксиально намагниченного цилиндра 3×2 мм, на линейном детекторе с шагом сетки 0.2 мм.
Согласно полезной модели, детектор содержит тонкую пластину 1 с гладкими поверхностями из немагнитного материала, например, алюминия, пластика. Толщина пластины от нескольких мкм до десятых долей мм, форма пластины - любая. На одной из поверхностей пластины 1 выполнена сетка 2, 3 из нитевидных немагнитных штрихов (фиг. 1-4). Сетка в зависимости от назначения может быть выполнена в двух вариантах: либо в виде решетки из пересекающихся нитевидных штрихов, либо линейной из параллельно расположенных нитевидных штрихов. Расстояние между штрихами в сетке (шаг сетки) может быть от нескольких нм до десятых долей миллиметра. Целесообразно иметь шаг сетки не более 0,2 мм. Сетка может быть нанесена на поверхность пластины различными способами: либо в виде углублений 3 на поверхности (для линейной сетки - фиг. 3, 4), либо наклеиванием пленки с решетчатой сеткой (фиг. 1, 2), либо непосредственно при изготовлении пластины.
На нижней поверхности пластины 1 наклеен контакт 4 для электрического заземления на корпус СЭМ.
Функционирует детектор следующим образом.
Помещают детектор, как и в прототипе вблизи исследуемого магнитного объекта фиксируют неподвижно и заземляют на корпус СЭМ стандартным образом через контакт 4. При облучении детектора пучок электронов отклоняется магнитным полем исследуемого магнитного объекта, при этом в зависимости от характеристик поля изменяется вид решетки детектора, который фиксируется с помощью СЭМ изображения (см. фото 1).
Как видно из фотографии, изображения магнитных линий четкие и по ним можно увидеть и рассчитать распределение магнитного поля в пространстве вокруг магнитного объекта.
Выбор детектора - решетчатого или линейного, зависит от назначения исследования, решетчатый детектор выбирают для получения изображения магнитного поля в двух координатах, линейный детектор - для получения изображения в одной координате.
Применение предлагаемого детектора позволяет эффективно исследовать различные конфигурации магнитов и электромагнитов для создания оптимальной формы магнитных полей, применяемых в различных приборах - в частности, для фокусировки пучков заряженных частиц, удержания плазмы, а также в электрических машинах. Использование технологии стекинга (сложение нескольких изображений в единую модель) позволяет создавать трехмерные модели реального распределения магнитного поля вокруг исследуемых объектов. Возможно динамическое исследование переменных электромагнитных полей с высокой детализацией в сложных системах. Параметры полученных результатов определяются техническими характеристиками используемого СЭМ.
Типичные значения: Размеры исследуемых образцов: от 10 мкм до 200 мм. Размер получаемых изображений до 256 млн пикселей. Разрешение до 8 нм.
Детектор опробован в работе, получены четкие изображения магнитного поля, подтверждающие достижение технического результата. Детектор производственно применим.