Mikroskopy świetlne i elektronowe. Mikroskopia elektronowa

Transmisyjny mikroskop elektronowy to urządzenie do uzyskiwania powiększonych obrazów obiektów mikroskopowych, które wykorzystuje wiązki elektronów. Mikroskopy elektronowe charakteryzują się większą rozdzielczością niż mikroskopy optyczne, a przy ich pomocy można uzyskać dodatkowe informacje dotyczące materiału i struktury przedmiotu.
Pierwszy mikroskop elektronowy został zbudowany w 1931 roku przez niemieckich inżynierów Ernsta Ruską i Maxa Barrela. Za to odkrycie Ernst Ruska otrzymał w 1986 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Podzielił się nim z wynalazcami mikroskopu tunelowego, ponieważ Komitet Noblowski uznał, że wynalazcy mikroskopu elektronowego zostali niesłusznie zapomniani.
Mikroskop elektronowy wykorzystuje skupione wiązki elektronów do tworzenia obrazów, które bombardują powierzchnię badanego obiektu. Obraz można obserwować różne sposoby– w promieniach, które przeszły przez obiekt, w promieniach odbitych, rejestrując elektrony wtórne lub promienie rentgenowskie. Skupianie wiązki elektronów za pomocą specjalnych soczewek elektronowych.
Mikroskopy elektronowe mogą powiększać obrazy 2 miliony razy. Wysoka rozdzielczość mikroskopów elektronowych osiąga się dzięki krótkiej długości fali elektronu. Podczas gdy długość fali światła widzialnego mieści się w zakresie od 400 do 800 nm, długość fali elektronu przyspieszanego przy potencjale 150 V wynosi 0,1 nm. Zatem mikroskopy elektronowe mogą praktycznie oglądać obiekty wielkości atomu, choć w praktyce jest to trudne do osiągnięcia.
Schematyczna budowa mikroskopu elektronowego Budowę mikroskopu elektronowego można rozważyć na przykładzie urządzenia pracującego w transmisji. W działku elektronowym powstaje monochromatyczna wiązka elektronów. Jego właściwości poprawia układ kondensora składający się z membrany kondensora i soczewek elektronicznych. W zależności od rodzaju soczewki, magnetycznej lub elektrostatycznej, rozróżnia się mikroskopy magnetyczne i elektrostatyczne. Następnie wiązka uderza w obiekt, rozpraszając się na nim. Rozproszona wiązka przechodzi przez aperturę i wchodzi do soczewki obiektywu, która ma za zadanie rozciągać obraz. Rozciągnięta wiązka elektronów powoduje świecenie luminoforu na ekranie. Nowoczesne mikroskopy wykorzystują kilka poziomów powiększenia.
Przysłona aperturowa soczewki mikroskopu elektronowego jest bardzo mała i wynosi setne części milimetra.
Jeśli wiązka elektronów z obiektu zostanie skierowana bezpośrednio na ekran, wówczas obiekt będzie na nim ciemny, a wokół niego utworzy się jasne tło. Ten obraz nazywa się Switlopolnym. Jeżeli przez otwór obiektywu nie wchodzi wiązka podstawowa, ale rozproszona, to a ciemne pole Obrazy. Obraz w ciemnym polu jest bardziej kontrastowy niż obraz w jasnym polu, ale jego rozdzielczość jest niższa.
Jest wiele różne rodzaje i projekty mikroskopów elektronowych. Najważniejsze z nich to:

Transmisyjny mikroskop elektronowy to urządzenie, w którym wiązka elektronów przechodzi przez obiekt.

Skaningowy mikroskop elektronowy umożliwia badanie poszczególnych obszarów obiektu.

Skaningowy mikroskop elektronowy wykorzystuje elektrony wtórne wybijane przez wiązkę elektronów do badania powierzchni obiektu.

Reflektorowy mikroskop elektronowy wykorzystuje elastycznie rozproszone elektrony.

Mikroskop elektronowy można także wyposażyć w układ do wykrywania promieni rentgenowskich, które emitowane są przez silnie wzbudzone atomy materii w momencie zderzenia z wysokoenergetycznymi elektronami. Kiedy elektron zostaje wytrącony z wewnętrznej powłoki elektronowej, powstaje charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie, którego badanie umożliwia ustalenie składu chemicznego materiału.
Badanie widma elektronów rozproszonych nieelastycznie pozwala uzyskać informację o charakterystycznych wzbudzeniach elektronowych w materiale badanego obiektu.
Mikroskopy elektronowe są szeroko stosowane w fizyce, materiałoznawstwie i biologii.

Wczoraj zrobiłem zdjęcie białego Audi. Wyszło świetne zdjęcie Audi z boku. Szkoda, że ​​na zdjęciu nie widać tuningu.

Archeologia technologiczna)
Niektóre mikroskopy elektronowe przywracają, inne oprogramowanie sprzętowe statek kosmiczny, a jeszcze inni zajmują się inżynierią wsteczną projektowania obwodów mikroukładów pod mikroskopem. Podejrzewam, że ta aktywność jest niezwykle ekscytująca.
A tak przy okazji przypomniał mi się wspaniały wpis o archeologii przemysłowej.

Spojler

Istnieją dwa rodzaje pamięci korporacyjnej: ludzie i dokumentacja. Ludzie pamiętają, jak wszystko działa i wiedzą dlaczego. Czasami zapisują te informacje gdzieś i przechowują gdzieś swoje notatki. Nazywa się to „dokumentacją”. Amnezja korporacyjna działa w ten sam sposób: ludzie odchodzą, a dokumentacja znika, gnije lub po prostu zostaje zapomniana.

Przez kilkadziesiąt lat pracowałem w dużej firmie petrochemicznej. Na początku lat 80-tych zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy instalację przetwarzającą węglowodory na inne węglowodory. W ciągu następnych 30 lat korporacyjna pamięć o fabryce zatarła się. Tak, zakład nadal działa i przynosi firmie pieniądze; przeprowadzana jest konserwacja, a niezwykle mądrzy specjaliści wiedzą, co trzeba ciągnąć i gdzie kopać, aby elektrownia mogła dalej działać.

Ale firma całkowicie zapomniała, jak działa ta roślina.

Stało się tak z powodu kilku czynników:

Upadek branży petrochemicznej w latach 80. i 90. spowodował, że zaprzestaliśmy zatrudniania nowych osób. Pod koniec lat 90. nasza grupa składała się z chłopaków w wieku poniżej 35 lat i powyżej 55 lat – z bardzo nielicznymi wyjątkami.
Powoli przeszliśmy na projektowanie z wykorzystaniem systemów komputerowych.
W związku z reorganizacją firmy musieliśmy fizycznie przenieść całe biuro z miejsca na miejsce.
Fuzja korporacyjna, która miała miejsce kilka lat później, całkowicie przekształciła naszą firmę w większą, co spowodowało gruntowną przebudowę działu i przetasowania kadrowe.
Archeologia przemysłowa

Na początku XXI wieku kilku moich kolegów i ja przeszliśmy na emeryturę.

Pod koniec XXI wieku firma przypomniała sobie o tej fabryce i pomyślała, że ​​fajnie byłoby coś z nią zrobić. Powiedzmy, zwiększ produkcję. Na przykład możesz znaleźć wąskie gardło w proces produkcji i ulepszyć go - technologia nie stała w miejscu przez te 30 lat - i być może dodać kolejny warsztat.

A potem firma wpada do ceglana ściana. Jak zbudowano tę fabrykę? Dlaczego zbudowano go w ten, a nie inny sposób? Jak to dokładnie działa? Dlaczego potrzebna jest kadź A, dlaczego warsztaty B i C są połączone rurociągiem, dlaczego rurociąg ma średnicę D, a nie D?

Korporacyjna amnezja w akcji. Gigantyczne maszyny, zbudowane przez kosmitów przy pomocy ich obcej technologii, działają jak nakręcone, produkując sterty polimerów. Firma ma pewne pojęcie, jak konserwować te maszyny, ale nie ma pojęcia, jaka niesamowita magia dzieje się w środku i nikt nie ma zielonego pojęcia, jak zostały stworzone. Generalnie ludzie nie są nawet pewni, czego dokładnie szukać i nie wiedzą, po której stronie rozwikłać tę plątaninę.

Poszukujemy chłopaków, którzy pracowali już w firmie podczas budowy tego zakładu. Teraz zajmują wysokie stanowiska i siedzą w osobnych, klimatyzowanych biurach. Dostają zadanie odnalezienia dokumentacji dla wyznaczonego zakładu. To już nie jest pamięć korporacyjna, to raczej archeologia przemysłowa. Nikt nie wie, jaka dokumentacja dla tego zakładu istnieje, czy w ogóle istnieje, a jeśli tak, to w jakiej formie jest przechowywana, w jakich formatach, co zawiera i gdzie fizycznie się znajduje. Zakład został zaprojektowany Grupa projektowa, która już nie istnieje, w przejętej firmie, w zamkniętym biurze, przy użyciu metod sprzed epoki komputerowej, które nie są już stosowane.

Chłopaki pamiętają swoje dzieciństwo z obowiązkowym grzebaniem w ziemi, podwijaniem rękawów drogich marynarek i zabieraniem się do pracy.

urządzenie do obserwacji i fotografowania wielokrotnie (do 10 6 razy) powiększonych obrazów obiektów, w którym zamiast promieni świetlnych wykorzystuje się wiązki rozpędzane do wysokich energii (30-100 keV i więcej) w warunkach głębokiej próżni. Podstawy fizyczne promień korpuskularny przyrządy optyczne zostały założone w 1834 roku (prawie sto lat przed wynalezieniem mikroskopu elektronowego) przez U.R., który ustalił analogie pomiędzy promieniami świetlnymi w ośrodkach optycznie niejednorodnych a trajektoriami cząstek w ośrodkach pola siłowe. Możliwość stworzenia mikroskopu elektronowego stała się oczywista po jego udoskonaleniu w 1924 r., a warunki techniczne stworzył niemiecki fizyk H. Busch, który badał skupianie pól osiowosymetrycznych i opracował magnetyczną soczewkę elektronową (1926). W 1928 roku niemieccy naukowcy M. Knoll i E. Ruska rozpoczęli prace nad pierwszym mikroskopem elektronowym z transmisją magnetyczną (TEM), a trzy lata później uzyskali obraz obiektu utworzonego przez wiązki promieni. W kolejnych latach (M. von Ardenne, 1938; V.K., 1942) zbudowano pierwsze rastrowe mikroskopy elektronowe (SEM), działające na zasadzie skanowania (omiatania), czyli sekwencyjnego ruchu cienkiej wiązki elektronów od punktu do punktu ( sonda) według obiektu. Do połowy lat 60. SEM osiągnęły wysoką doskonałość techniczną i od tego czasu zaczęto je stosować badania naukowe. MES mają najwyższy (PC), przewyższający ten parametr mikroskopy świetlne kilka tysięcy razy. T.n. Granica rozdzielczości, która charakteryzuje urządzenie umożliwiające oddzielne wyświetlanie najmniejszych możliwych szczegółów obiektu, wynosi dla TEM 2-3. Na korzystne warunki można sfotografować pojedyncze ciężkie atomy. Fotografując struktury okresowe, takie jak atomowe sieci krystaliczne, możliwe jest osiągnięcie rozdzielczości mniejszej niż 1 . Tak wysoką rozdzielczość osiąga się dzięki wyjątkowo krótkiej długości (patrz). Optymalna przysłona [patrz. w optyce elektronowej (i jonowej)] można zredukować (wpływając na mikroskop elektronowy PC) przy wystarczająco małym błędzie dyfrakcyjnym. Skuteczne metody w mikroskopie elektronowym nie stwierdzono żadnej korekty (patrz). Dlatego w TEM magnetyczne (EL), które mają mniejsze wartości, całkowicie zastąpiły elektrostatyczne EL. PEM są produkowane do różnych celów. Można je podzielić na 3 grupy: mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczości, uproszczony TEM i mikroskop elektronowy o dużym przyspieszeniu.

Wysoka rozdzielczość(2-3 Å) - podobne, wielofunkcyjne urządzenia. Używając dodatkowe urządzenia i przystawek w nich można nachylać obiekt pod różnymi dużymi kątami do osi optycznej, podgrzewać, chłodzić, odkształcać, przeprowadzać badania itp. Przyspieszające elektrony osiągają 100-125 kV, są regulowane skokowo i są bardzo stabilne: w ciągu 1-3 minut zmienia się nie więcej niż o 1-2 ppm w stosunku do oryginału. Obraz typowego TEM opisanego typu pokazano na Ryż. 1. W swoim układzie optycznym (kolumnie) zastosowano specjalny system próżniowy powstaje próżnia (do 10 -6 mm Hg). Schemat układu optycznego TEM pokazano w Ryż. 2. Wiązka, która służy jako podgrzewana katoda (jest formowana w pierwszym i drugim kondensatorze, a następnie dwukrotnie skupiana, tworząc małą elektroniczną „plamkę” na przedmiocie (przy regulacji plamki może ona wahać się od 1 do 20 mikronów) Następnie część jest rozpraszana przez obiekt i opóźniana przez przesłonę. Nierozproszone elektrony przechodzą przez aperturę i skupiają się w środkowej soczewce obiektu. Tutaj powstaje pierwszy powiększony obraz. Kolejne soczewki tworzą drugą, trzecią itd .obrazy. Ostatnia soczewka projekcyjna tworzy obraz na ekranie fluorescencyjnym, który świeci pod wpływem elektronów. Powiększenie mikroskopu elektronowego jest równe powiększeniu wszystkich soczewek obiektu, ponieważ grubość i skład chemiczny obiektu zmieniają się w zależności od punktu. Odpowiednio zmienia się liczba elektronów zatrzymywanych przez przesłonę aperturową po przejściu przez różne punkty obiektu, a co za tym idzie, liczba elektronów zatrzymywanych przez aperturę. membrana po przejściu przez różne punkty obiektu zmienia gęstość prądu na obrazie, który jest przetwarzany na ekranie. Pod ekranem umieszczono magazyn z kliszami fotograficznymi. Podczas fotografowania ekran jest usuwany, a elektrony działają na warstwę emulsji. Obraz zostaje wyostrzony poprzez płynną zmianę prądu wzbudzającego obiektyw. Prądy innych soczewek są regulowane w celu zmiany powiększenia mikroskopu elektronowego

Ryż. 3. Mikroskop elektronowy ultrawysokiego napięcia (UHEM): 1 - zbiornik, do którego pompowany jest gaz izolujący elektrycznie (SF6) do ciśnienia 3-5 atm; 2 - działo elektronowe; 3 - rura przyspieszająca; 4 - kondensatory źródła wysokiego napięcia; 5 - blok soczewek kondensorowych; 6 - soczewka; 7, 8, 9 - soczewki projekcyjne; 10 - mikroskop świetlny; 11 - panel sterowania.

Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) z żarową katodą przeznaczone są do badania masywnych obiektów z rozdzielczością od 70 do 200 Å. Akcelerator w SEM można regulować w zakresie od 1 do 30-50 kV.

Urządzenie skaningowego mikroskopu elektronowego pokazano na Ryż. 4. Używając 2 lub 3 EL, wąska sonda elektronowa skupia się na próbce. Deflektory magnetyczne rozmieszczają sondę na zadanym obszarze obiektu. Kiedy sonda wchodzi w interakcję z obiektem, pojawia się kilka typów ( Ryż. 5) - elektrony wtórne i odbite; elektrony przechodzące przez obiekt (jeśli jest cienki); Rentgenowskie i charakterystyczne; promieniowanie itp.

Ryż. 5. Schemat zapisu informacji o obiekcie otrzymanym w PMŚ. 1 - pierwotna wiązka elektronów; 2 - detektor elektronów wtórnych; 3 - detektor rentgenowski; 4 - detektor elektronów odbitych; 5 - detektor promieniowanie świetlne; 6 - detektor przesyłanych elektronów; 7 - urządzenie do pomiaru potencjału elektrycznego indukowanego na obiekcie; 8 - urządzenie do pomiaru prądu elektronów przechodzących przez obiekt; 9 - urządzenie do pomiaru prądu elektronów zaabsorbowanych w obiekcie.

Każde z tych promieni może zostać zarejestrowane przez odpowiedni kolektor zawierający czujnik przetwarzający na promieniowanie elektryczne, które po wzmocnieniu jest podawane do (CRT) i moduluje jego wiązkę. Skanowanie wiązki CRT odbywa się poprzez skanowanie sondy elektronowej w SEM, a powiększony obraz obiektu obserwuje się na ekranie CRT. Powiększenie jest równe stosunkowi wysokości ramki na ekranie CRT do szerokości skanowanego obiektu. Obraz jest fotografowany bezpośrednio z ekranu CRT. Główną zaletą SEM jest duża zawartość informacyjna urządzenia, wynikająca z możliwości obserwacji obrazu za jego pomocą różne czujniki. Za pomocą SEM możliwe jest studiowanie, skład chemiczny według obiektu, połączeń p-n, produktów i wiele więcej. Próbka jest zwykle badana bez wstępne przygotowanie. SEM jest również używany w procesy technologiczne(wady chipów itp.). Wysoka dla SEM PC jest realizowana podczas tworzenia obrazów przy użyciu materiałów wtórnych. Decyduje o tym średnica strefy, z której te elektrony są emitowane. Z kolei wielkość strefy zależy od średnicy sondy, właściwości obiektu, elektronów wiązki pierwotnej itp. Przy dużej głębokości penetracji elektronów pierwotnych procesy wtórne rozwijające się we wszystkich kierunkach zwiększają średnicę strefy i PC maleje. Detektor elektronów wtórnych składa się z fotopowielacza i konwertera elektron-foton, którego głównym elementem są dwa - ekstraktor w postaci siatki o potencjale dodatnim (do kilkuset V) oraz akcelerator; ten ostatni zapewnia wychwyconym elektronom wtórnym energię niezbędną do . Do elektrody przyspieszającej przykładane jest napięcie około 10 kV; Zwykle składa się z powłoki aluminiowej na scyntylatorze. Liczba błysków scyntylacyjnych jest proporcjonalna do liczby błysków wtórnych wyemitowanych w danym punkcie obiektu. Po wzmocnieniu PMT i sygnał są modulowane wiązką CRT. Wielkość sygnału zależy od próbki, obecności lokalnych mikropól elektrycznych i magnetycznych, wartość , która z kolei zależy od składu chemicznego próbki w danym punkcie. Odbite elektrony są rejestrowane przez urządzenie półprzewodnikowe (krzemowe). Kontrast obrazu wynika z zależności od kąta padania wiązki pierwotnej i liczby atomowej. Rozdzielczość obrazu uzyskanego „w odbitych elektronach” jest niższa niż uzyskana przy użyciu elektronów wtórnych (czasami o rząd wielkości). Ze względu na prostoliniowość lotu elektronów do kolektora, tracona jest informacja o poszczególnych obszarach, z których nie ma bezpośredniej drogi do kolektora (pojawiają się cienie). Charakterystyka jest wykrywana albo przez krystaliczny czujnik rentgenowski, albo przez czujnik rozpraszający energię - detektor półprzewodnikowy (zwykle wykonany z czystego krzemu domieszkowanego litem). W pierwszym przypadku kwanty promieniowania rentgenowskiego po odbiciu przez kryształ spektrometru rejestrowane są przez spektrometr gazowy, a w drugim sygnał pobrany z półprzewodnika jest wzmacniany przez niskoszumowy (chłodzony ciekłym azotem) w celu redukcji hałasu) i późniejszego systemu wzmacniającego. Sygnał z kryształu moduluje wiązkę CRT, a na ekranie pojawia się obraz jednego lub drugiego. pierwiastek chemiczny według obiektu. SEM wytwarzają również lokalne promieniowanie rentgenowskie. Detektor dyspersyjny energii rejestruje wszystkie pierwiastki od Na do U z dużą czułością. Spektrometr kryształowy wykorzystujący zestaw kryształów z różnymi osłonami międzypłaszczyznowymi (patrz) od Be do U. Znacząca wada SEM - długi czas trwania procesu „usuwania” informacji podczas badania obiektów. Stosunkowo wysoki współczynnik PC można uzyskać stosując sondę elektronową o odpowiednio małej średnicy. Ale jednocześnie sonda maleje, w wyniku czego wpływ gwałtownie wzrasta, zmniejszając stosunek sygnału użytecznego do szumu. Aby mieć pewność, że stosunek sygnału do szumu nie spadnie poniżej zadanego poziomu, należy spowolnić skany, aby wystarczająco się kumulowały w każdym punkcie obiektu duża liczba pierwotny (i odpowiadający mu wtórny). W rezultacie komputer PC jest wdrażany tylko przy niskich prędkościach skanowania. Czasami jedna klatka powstaje w ciągu 10-15 minut.

Ryż. 6. Schemat transmisyjny skaningowy mikroskop elektronowy (STEM): 1 - katoda emisji polowej; 2 - anoda pośrednia; 3 - anoda; 4 - system odchylania do regulacji belki; 5 - przysłona „iluminatora”; 6, 8 - układy odchylające do skanowania sondy elektronicznej; 7 - magnetyczny obiektyw o długim ogniskowaniu; 9 - przysłona aperturowa; 10 - soczewka magnetyczna; 11 - obiekt; 12, 14 - systemy odchylające; 13 - pierścieniowy kolektor rozproszonych elektronów; 15 - kolektor nierozproszonych elektronów (usunięty podczas pracy ze spektrometrem); 16 - spektrometr magnetyczny, w którym obracane są wiązki elektronów pole magnetyczne pod kątem 90°; 17 - układ odchylający do selekcji elektronów o różnych stratach energii; 18 - szczelina spektrometru; 19 - kolektor; SE - przepływ elektronów wtórnych hn - promieniowanie rentgenowskie.

SEM z działem emisji polowej mieć wysoki PC dla SEM (do 30 Å). W działku do emisji polowej (jak w) stosuje się katodę w kształcie końcówki, na szczycie której pojawia się silna fala, wyrywając elektrony z katody (patrz). Jasność elektronów pistoletu z katodą emisji polowej jest 10 3 -10 4 razy większa niż pistoletu z gorącą katodą. W związku z tym wzrasta prąd sondy elektronowej. Dlatego w SEM z działem emisji polowej przeprowadzane są szybkie skany, a sonda jest zmniejszana w celu zwiększenia PC. Jednak katoda emisji polowej działa stabilnie tylko w ultrawysokiej próżni (10–9–10–11 mmHg), co komplikuje konstrukcję takich SEM i działanie na nich.

Skaningowy mikroskop elektronowy transmisyjny (STEM) mają ten sam wysoki komputer co PEM. Urządzenia te korzystają z działek z emisją polową, zapewniających wystarczającą ilość sondy o średnicy do 2-3 Å. NA Ryż. 6 Pokazano schematyczne przedstawienie PREM. Dwa zmniejszają średnicę sondy. Poniżej obiektu znajdują się - centralny i pierścieniowy. Na pierwszy z nich padają nierozproszone elektrony, a po wzmocnieniu odpowiednich sygnałów tzw obraz jasnego pola. Rozproszone elektrony zbierane są na detektorze pierścieniowym, tworząc tzw. obraz ciemnego pola. W STEM możliwe jest badanie grubszych obiektów niż w TEM, ponieważ wzrost liczby nieelastycznie rozproszonych obiektów o grubości nie wpływa na rozdzielczość (po obiekcie w STEM nie ma optyki). Za pomocą energii elektrony przechodzące przez obiekt rozdzielane są na wiązki rozproszone elastycznie i nieelastycznie. Każda wiązka uderza we własny detektor i odpowiadający mu obraz zawierający Dodatkowe informacje o rozpraszającym obiekcie. Wysoką rozdzielczość w STEM osiąga się przy powolnych skanach, ponieważ w sondzie o średnicy zaledwie 2-3 Å prąd jest za mały.

Mikroskop elektronowy typu mieszanego. Połączenie w jednym urządzeniu zasad tworzenia obrazu wiązką stacjonarną (jak w TEM) i skanowania cienkiej sondy nad obiektem pozwoliło zrealizować w takim mikroskopie elektronowym zalety TEM, SEM i STEM. Obecnie wszystkie TEM umożliwiają obserwację obiektów w trybie rastrowym (przy użyciu soczewek kondensorowych i tworzeniu zmniejszonego obrazu, który jest skanowany nad obiektem za pomocą systemów odchylających). Oprócz obrazu utworzonego przez nieruchomą wiązkę uzyskuje się obrazy rastrowe na ekranach CRT wykorzystujących elektrony transmitowane i wtórne, charakterystykę itp. System optyczny Taki TEM, umieszczony za obiektem, umożliwia pracę w trybach, które nie są możliwe w innych urządzeniach. Można na przykład jednocześnie obserwować na ekranie CRT i obraz tego samego obiektu na ekranie urządzenia.

Emisja E. m. stworzyć obraz obiektu w elektronach, które są emitowane przez sam obiekt po podgrzaniu, przez wiązkę pierwotną i przy silnym pole elektryczne, usuwając elektrony z obiektu. Urządzenia te mają zwykle wąski cel.

Lustrzany mikroskop elektronowy służą głównie do wizualizacji elektrostatycznego „uwolnienia potencjału” i mikropola magnetycznego na obiekcie. Głównym elementem optycznym urządzenia jest, a jednym z nich jest sam przedmiot, który znajduje się pod małym potencjał negatywny względem katody pistoletu. Wiązka elektronów kierowana jest na zwierciadło i odbijana przez pole znajdujące się w bezpośrednim sąsiedztwie obiektu. Lustro tworzy obraz na ekranie „w odbitych wiązkach”. Mikropola w pobliżu powierzchni obiektu redystrybuują elektrony odbitych wiązek, tworząc obraz wizualizujący te mikropola.

Perspektywy rozwoju Mikroskop elektronowy Zwiększenie PC na obrazach obiektów nieokresowych do 1 Å lub więcej umożliwi rejestrację nie tylko ciężkich, ale także lekkich atomów i wizualizację na poziomie atomowym. Aby stworzyć mikroskop elektronowy o podobnej rozdzielczości, zwiększa się prędkość przyspieszania. Ser. Fizyczny”, t. 34, 1970; Hawks P. i, tłum. z języka angielskiego, M., 1974; Derkach V.P., Kiyashko G.F., Kukharchuk M.S., Urządzenia Electronoprobe, K., 1974; Stoyanova I. G., Anaskin I. F., Fizyczne podstawy metod transmisyjnej mikroskopii elektronowej, M., 1972; Oatley S. W., Skaningowy mikroskop elektronowy, Camb., 1972; Grivet P., Optyka elektronowa, wyd. 2, Oxf., 1972.

Historia powstania mikroskopu elektronowego

W 1931 r. R. Rudenberg otrzymał patent na transmisyjny mikroskop elektronowy, a w 1932 r. M. Knoll i E. Ruska zbudowali pierwszy prototyp nowoczesne urządzenie. Odnotowano tę pracę E. Ruskiej z 1986 roku nagroda Nobla z fizyki, którą przyznano jemu oraz wynalazcom mikroskopu z sondą skanującą, Gerdowi Karlowi Binnigowi i Heinrichowi Rohrerowi. Wykorzystanie transmisyjnych mikroskopów elektronowych do badań naukowych rozpoczęło się pod koniec lat trzydziestych XX wieku wraz z pierwszym komercyjnym instrumentem zbudowanym przez firmę Siemens.

Pod koniec lat trzydziestych i na początku czterdziestych XX wieku pojawiły się pierwsze skaningowe mikroskopy elektronowe, które tworzyły obraz obiektu poprzez sekwencyjne przesuwanie po obiekcie sondy elektronowej o małym przekroju poprzecznym. Powszechne stosowanie tych urządzeń w badaniach naukowych rozpoczęło się w latach 60. XX wieku, kiedy osiągnęły one znaczną doskonałość techniczną.

Znaczącym skokiem rozwojowym (w latach 70-tych) było zastosowanie katod Schottky'ego i katod emisyjnych zimnego pola zamiast katod termionowych, jednak ich zastosowanie wymaga znacznie wyższej próżni.

Pod koniec lat 90. i na początku XXI wieku komputeryzacja i zastosowanie detektorów CCD znacznie zwiększyły stabilność i (względną) łatwość użytkowania.

W Ostatnia dekada Nowoczesne zaawansowane transmisyjne mikroskopy elektronowe wykorzystują korektory aberracji sferycznych i chromatycznych (które wprowadzają główne zniekształcenia do powstałego obrazu), jednak ich zastosowanie czasami znacznie komplikuje użytkowanie urządzenia.

Rodzaje mikroskopów elektronowych

Transmisyjna mikroskopia elektronowa

Szablon:Pusta sekcja

Początkowy widok mikroskopu elektronowego. Transmisyjny mikroskop elektronowy wykorzystuje wiązkę elektronów o wysokiej energii do utworzenia obrazu. Wiązka elektronów tworzona jest za pomocą katody (wolfram, LaB 6 , emisja Schottky'ego lub zimnego pola). Powstała wiązka elektronów jest zwykle przyspieszana do +200 keV (stosuje się różne napięcia od 20 keV do 1 meV), skupiana przez układ soczewek elektrostatycznych, przechodzi przez próbkę tak, że jej część przechodzi przez rozproszenie na próbce, a część nie. Zatem wiązka elektronów przechodząca przez próbkę niesie informację o strukturze próbki. Wiązka przechodzi następnie przez układ soczewek powiększających i tworzy obraz na ekranie fluorescencyjnym (zwykle wykonanym z siarczku cynku), płycie fotograficznej lub kamerze CCD.

Rozdzielczość TEM jest ograniczona głównie przez aberrację sferyczną. Niektóre nowoczesne TEM mają korektory aberracji sferycznej.

Głównymi wadami TEM są konieczność stosowania bardzo cienkiej próbki (około 100 nm) oraz niestabilność (rozkład) próbek pod wiązką.

Raster transmisyjny (skaningowy) mikroskopia elektronowa (STEM)

Główny artykuł: Skaningowy mikroskop elektronowy transmisyjny

Jednym z rodzajów transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) są jednak urządzenia, które działają wyłącznie w trybie TEM. Wiązka elektronów przechodzi przez stosunkowo cienką próbkę, ale w przeciwieństwie do konwencjonalnej transmisyjnej mikroskopii elektronowej wiązka elektronów jest skupiana w punkcie, który porusza się po próbce w rastrze.

Rastrowa (skaningowa) mikroskopia elektronowa

Opiera się na telewizyjnej zasadzie skanowania cienkiej wiązki elektronów nad powierzchnią próbki.

Mikroskopia elektronowa niskiego napięcia

Zastosowania mikroskopów elektronowych

Główni światowi producenci mikroskopów elektronowych

Zobacz też

Notatki

Spinki do mankietów

• 15 najlepszych zdjęć z mikroskopu elektronowego w roku 2011 Obrazy na polecanej stronie są losowo pokolorowane i mają większą wartość artystyczną niż naukową (mikroskopy elektronowe dają obrazy czarno-białe, a nie kolorowe).

Fundacja Wikimedia. 2010.

Jak działa mikroskop elektronowy? Czym różni się od mikroskopu optycznego, czy jest między nimi jakaś analogia?

Działanie mikroskopu elektronowego opiera się na właściwości niejednorodnych pól elektrycznych i magnetycznych, które mają symetrię obrotową, powodując skupianie wiązek elektronów. Zatem rolę soczewek w mikroskopie elektronowym pełni zespół odpowiednio obliczonych pól elektrycznych i magnetycznych; odpowiednie urządzenia tworzące te pola nazywane są „soczewkami elektronicznymi”.

W zależności od rodzaju soczewek elektronicznych mikroskopy elektronowe dzielą się na magnetyczne, elektrostatyczne i kombinowane.

Jakiego rodzaju obiekty można badać za pomocą mikroskopu elektronowego?

Podobnie jak w przypadku mikroskopu optycznego, przedmioty mogą po pierwsze być „samoświecące”, czyli służyć jako źródło elektronów. Jest to na przykład podgrzewana katoda lub oświetlona katoda fotoelektronowa. Po drugie, można zastosować obiekty „przezroczyste” dla elektronów mających określoną prędkość. Innymi słowy, podczas pracy w transmisji obiekty muszą być wystarczająco cienkie, a elektrony wystarczająco szybkie, aby mogły przejść przez obiekty i dostać się do układu soczewek elektronowych. Ponadto za pomocą odbitych wiązek elektronów można badać powierzchnie masywnych obiektów (głównie metali i próbek metalizowanych). Ta metoda obserwacji jest podobna do metod odblaskowej mikroskopii optycznej.

Zgodnie z charakterem badania obiektów mikroskopy elektronowe dzielą się na transmisję, odbicie, emisję, raster, cień i lustro.

Najpopularniejsze obecnie mikroskopy elektromagnetyczne typu transmisyjnego, w których obraz tworzony jest przez elektrony przechodzące przez obiekt obserwacji. Składa się z następujących głównych elementów: systemu oświetleniowego, kamery obiektowej, układu ogniskowania oraz zespołu rejestracji końcowego obrazu, składającego się z kamery i ekranu fluorescencyjnego. Wszystkie te węzły są ze sobą połączone, tworząc tzw. Kolumnę mikroskopową, wewnątrz której utrzymywane jest ciśnienie. System oświetleniowy składa się zwykle z trójelektrodowego działa elektronowego (katoda, elektroda skupiająca, anoda) i soczewki kondensora (mówimy o soczewkach elektronowych). Tworzy wiązkę szybkich elektronów o wymaganym przekroju i natężeniu i kieruje ją do badanego obiektu znajdującego się w komorze obiektowej. Wiązka elektronów przechodząca przez obiekt wchodzi do układu skupiającego (projekcji) składającego się z soczewki obiektywu i jednej lub więcej soczewek projekcyjnych.