Розглянемо зразок із шорсткою поверхнею (рис. 2.8). При дослідженні такого об’єкта окремі ділянки знаходяться на різних робочих відстанях. А це означає, що діаметр зонда буде різним залежно від робочої відстані, тобто виникає якесь кутове розходження пучка вище та нижче площини оптимального фокусування. Існує деяке оптимальне значення діаметра пучка, при якому ще можливе спостереження чіткого зображення ділянки зразка із шорсткою поверхнею. Зазначене розходження пучка визначається глибиною фокуса (F), яка у мкм виражається таким чином:
, (2.3)
де ?0 – апертура пучка, що розраховується за формулою
, (2.4)
де D – діаметр апертурної діафрагми; B – робоча відстань (становить 10 мм, а у деяких приладах може бути збільшена до 50 мм).
Про типові значення глибини фокуса та діаметри апертурних діафрагм можна судити з таблиці 2.2.
Аналіз цих даних показує наступне. Для того щоб збільшити глибину фокусу при фіксованому діаметрі пучка, необхідно або зменшити збільшення, або зменшити
Рисунок 2.8 – Схема, що ілюструє глибину фокуса: 1 - пучок; 2 - напрямок сканування; 3 - фрагмент поверхні зразка; 4 - площина оптимального фокусування; 5 - область чіткого зображення; F - глибина фокуса
Таблиця 2.2 – Значення глибини фокуса у мкм залежно від апертури при різних збільшеннях (B=10 мм)
М
D=100 мкм
(?0= 5·10-3, рад)
D=200 мкм
(?0= 1·10-2, рад)
D=600 мкм
(?0= 3·10-2, рад)
10
4 000
2 000
670
50
800
400
133
100
400
200
67
500
80
40
13
1000
40
20
6,7
10000
4
2
0,67
100000
0,4
0,2
0,067
апертуру пучка. Але для спостереження певних неоднорідностей на поверхні потрібне велике збільшення, і тому по шляху змінюють глибину фокуса апертурою пучка.
З урахуванням вищесказаного існує два різних режими роботи для РЕМ:
1 Режим великої глибини фокуса (використовується при вивченні поверхонь із яскраво вираженою топологією). Для цього глибина фокуса повинна бути максимальною за рахунок вибору найменш можливої діафрагми та найбільшої робочої відстані.
2 Режим великої роздільної здатності використовується при роботі з великими збільшеннями. При цьому потрібно мати мінімальну робочу відстань, а діаметр діафрагми вибирається максимально можливим, щоб можна було позбутися апертурних аберацій лінз.
, (2.3)
, (2.4)