Yorug'lik va elektron mikroskoplar. Elektron mikroskopiya

Transmissiya elektron mikroskopi - bu elektron nurlardan foydalanadigan mikroskopik ob'ektlarning kattalashtirilgan tasvirlarini olish uchun qurilma. Elektron mikroskoplar optik mikroskoplarga qaraganda kattaroq aniqlikka ega va ular ob'ektning materiali va tuzilishi haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun ham ishlatilishi mumkin.
Birinchi elektron mikroskop 1931 yilda nemis muhandislari Ernst Ruska va Maks Barrel tomonidan yaratilgan. Ernst Ruska ushbu kashfiyot uchun 1986 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. U buni tunnel mikroskopining ixtirochilari bilan baham ko'rdi, chunki Nobel qo'mitasi elektron mikroskop ixtirochilari adolatsiz unutilgan deb hisobladi.
Elektron mikroskop o'rganilayotgan ob'ekt yuzasini bombardimon qiladigan tasvirlarni yaratish uchun elektronlarning yo'naltirilgan nurlaridan foydalanadi. Rasmni kuzatish mumkin turli yo'llar bilan- ob'ektdan o'tgan nurlarda, aks ettirilgan nurlarda, ikkilamchi elektronlarni yoki rentgen nurlarini qayd qiladi. Maxsus elektron linzalar yordamida elektron nurni fokuslash.
Elektron mikroskoplar tasvirlarni 2 million marta kattalashtirishi mumkin. Yuqori aniqlik elektron mikroskoplar elektronning qisqa to'lqin uzunligi tufayli erishiladi. Ko'rinadigan yorug'likning to'lqin uzunligi 400 dan 800 nm gacha bo'lsa, 150 V potentsialda tezlashtirilgan elektronning to'lqin uzunligi 0,1 nm ni tashkil qiladi. Shunday qilib, elektron mikroskoplar atom hajmidagi ob'ektlarni amalda ko'rishlari mumkin, ammo bunga amalda erishish qiyin.
Elektron mikroskopning sxematik tuzilishi Elektron mikroskopning tuzilishini uzatishda ishlaydigan qurilma misolida ko'rib chiqish mumkin. Elektron tabancada elektronlarning monoxromatik nurlari hosil bo'ladi. Uning xarakteristikalari kondansativ diafragma va elektron linzalardan tashkil topgan kondanser tizimi tomonidan yaxshilanadi. Ob'ektivning magnit yoki elektrostatik turiga qarab, magnit va elektrostatik mikroskoplar farqlanadi. Keyinchalik, nur ob'ektga tegib, uning ustiga tarqaladi. Tarqalgan nur diafragma orqali o'tadi va tasvirni cho'zish uchun mo'ljallangan ob'ektiv linzaga kiradi. Elektronlarning cho'zilgan nurlari fosforning ekranda porlashiga olib keladi. Zamonaviy mikroskoplar bir necha darajali kattalashtirishdan foydalanadi.
Elektron mikroskop linzalarining diafragma diafragmasi juda kichik bo'lib, millimetrning yuzdan bir qismini tashkil qiladi.
Agar ob'ektdan elektronlar nuri to'g'ridan-to'g'ri ekranga yo'naltirilsa, u holda ob'ekt uning ustida qorong'i ko'rinadi va uning atrofida engil fon hosil bo'ladi. Bu tasvir deyiladi Svitlopolnym. Agar ob'ektiv linzaning diafragma diafragma asosiy nur emas, balki tarqoq bo'lsa, u holda qorong'u maydon Tasvirlar. Qorong'i maydon tasviri yorug'lik maydonidagi tasvirga qaraganda ko'proq kontrastli, ammo uning ruxsati pastroq.
Juda ko'p .. lar bor har xil turlari va elektron mikroskoplarning konstruktsiyalari. Ulardan asosiylari:

Transmissiya elektron mikroskopi - bu ob'ekt orqali elektron nurlar porlaydigan qurilma.

Skanerli elektron mikroskop ob'ektning alohida joylarini o'rganish imkonini beradi.

Skanerli elektron mikroskop ob'ekt sirtini tekshirish uchun elektron nurlar tomonidan urib tushirilgan ikkilamchi elektronlardan foydalanadi.

Reflektor elektron mikroskop elastik tarqoq elektronlardan foydalanadi.

Elektron mikroskop, shuningdek, yuqori energiyali elektronlar bilan to'qnashganda moddalarning yuqori qo'zg'aluvchan atomlari chiqaradigan rentgen nurlarini aniqlash tizimi bilan jihozlanishi mumkin. Elektron ichki elektron qobiqdan urilganda xarakterli rentgen nurlanishi hosil bo'ladi, uni o'rganish orqali materialning kimyoviy tarkibini aniqlash mumkin.
Elastik tarqalmagan elektronlar spektrini o'rganish o'rganilayotgan ob'ekt materialidagi xarakterli elektron qo'zg'alishlar haqida ma'lumot olish imkonini beradi.
Elektron mikroskoplar fizika, materialshunoslik va biologiyada keng qo'llaniladi.

Kecha men oq Audini suratga oldim. Bu Audining yon tomondan ajoyib surati bo'lib chiqdi. Suratda tuning ko'rinmasligi achinarli.

Texnologik arxeologiya)
Ba'zi elektron mikroskoplar tiklanadi, boshqalari proshivka kosmik kema, va boshqalar mikroskop ostida mikrosxemalarning sxemalarini teskari muhandislik bilan shug'ullanadilar. Faoliyat juda hayajonli deb o'ylayman.
Aytgancha, men sanoat arxeologiyasi haqidagi ajoyib postni esladim.

Spoyler

Korporativ xotiraning ikki turi mavjud: odamlar va hujjatlar. Odamlar narsalar qanday ishlashini eslashadi va nima uchun ekanligini bilishadi. Ba'zan ular bu ma'lumotni biron joyga yozib qo'yishadi va o'z eslatmalarini biror joyda saqlashadi. Bu "hujjatlar" deb ataladi. Korporativ amneziya xuddi shunday ishlaydi: odamlar ketishadi va hujjatlar yo'qoladi, chiriydi yoki shunchaki unutiladi.

Men bir necha o'n yillar davomida yirik neft-kimyo kompaniyasida ishladim. 1980-yillarning boshida biz uglevodorodlarni boshqa uglevodorodlarga aylantiruvchi zavodni loyihalashtirdik va qurdik. Keyingi 30 yil ichida zavodning korporativ xotirasi yo'qoldi. Ha, zavod hali ham ishlaydi va kompaniyaga pul olib keladi; texnik xizmat ko'rsatiladi va juda dono mutaxassislar zavod faoliyatini davom ettirish uchun nimani tortib olishlari va qayerga tepish kerakligini bilishadi.

Ammo kompaniya bu zavod qanday ishlashini butunlay unutgan.

Bu bir necha omillar tufayli sodir bo'ldi:

1980 va 1990-yillarda neft-kimyo sanoatining pasayishi bizni yangi odamlarni ishga olishni to'xtatishimizga sabab bo'ldi. 1990-yillarning oxirida bizning guruhimiz 35 yoshgacha yoki 55 yoshdan oshgan yigitlardan iborat edi - juda kamdan-kam holatlar bundan mustasno.
Biz asta-sekin kompyuter tizimlaridan foydalangan holda loyihalashga o'tdik.
Korporativ qayta tashkil etishlar tufayli biz butun ofisimizni jismonan bir joydan ikkinchi joyga ko'chirishga majbur bo'ldik.
Bir necha yil o'tgach, korporativ qo'shilish bizning firmamizni butunlay tarqatib yubordi va kattaroq bo'limga olib keldi va kadrlar o'zgarishiga olib keldi.
Sanoat arxeologiyasi

2000-yillarning boshlarida bir qancha hamkasblarim va men nafaqaga chiqdik.

2000-yillarning oxirida kompaniya zavodni esladi va u bilan biror narsa qilish yaxshi bo'ladi deb o'yladi. Aytaylik, ishlab chiqarish hajmini oshiring. Masalan, siz ichkarida to'siqni topishingiz mumkin ishlab chiqarish jarayoni va uni takomillashtirish - texnologiya 30 yil davomida to'xtamadi - va, ehtimol, yana bir ustaxona qo'shing.

Va shundan so'ng kompaniya yuguradi g'isht devori. Bu zavod qanday qurilgan? Nima uchun u shunday qurilgan va boshqacha emas? U aniq qanday ishlaydi? Nima uchun A vat kerak, nima uchun B va C ustaxonalari quvur liniyasi bilan bog'langan, nima uchun quvur diametri D emas, balki D diametriga ega?

Korporativ amneziya amalda. O'zga sayyoraliklar tomonidan o'zlarining begona texnologiyalari yordamida qurilgan ulkan mashinalar, xuddi o'ralgandek, ko'plab polimerlarni ishlab chiqaradi. Kompaniyada ushbu mashinalarga qanday texnik xizmat ko'rsatish haqida bir oz tasavvurga ega, ammo ichida qanday ajoyib sehr sodir bo'lishini bilmaydi va hech kim ularning qanday yaratilgani haqida zarracha tasavvurga ega emas. Umuman olganda, odamlar aniq nimani izlash kerakligini ham bilishmaydi va bu chigallikni qaysi tomondan hal qilishni bilishmaydi.

Ushbu zavod qurilishi paytida kompaniyada ishlagan yigitlarni qidiramiz. Endi ular yuqori lavozimlarni egallab, alohida, konditsionerli ofislarda o'tirishadi. Ularga belgilangan zavod uchun hujjatlarni topish vazifasi beriladi. Bu endi korporativ xotira emas, u ko'proq sanoat arxeologiyasiga o'xshaydi. Hech kim bu zavod uchun qanday hujjatlar mavjudligini, u umuman bor yoki yo'qligini va agar shunday bo'lsa, u qanday shaklda saqlanadi, qanday formatlarda, nimani o'z ichiga oladi va jismoniy jihatdan qaerda joylashganligini hech kim bilmaydi. Zavod loyihalashtirilgan loyiha jamoasi, endi mavjud bo'lmagan, o'sha paytdan beri sotib olingan kompaniyada, yopilgan ofisda, endi ishlatilmaydigan kompyuter yoshigacha bo'lgan usullardan foydalangan holda.

Yigitlar bolaliklarini majburiy tuproq kovlash bilan eslashadi, qimmatbaho kurtkalarining yenglarini shimarib, ishga kirishadilar.

chuqur vakuum sharoitida yorug'lik nurlari o'rniga yuqori energiyaga (30-100 keV yoki undan ko'p) tezlashtirilgan nurlar qo'llaniladigan ob'ektlarning ko'paytirilgan (10 6 martagacha) kattalashtirilgan tasvirlarini kuzatish va suratga olish uchun qurilma. Jismoniy asoslar korpuskulyar nur optik asboblar 1834 yilda (elektron mikroskop paydo bo'lishidan deyarli yuz yil oldin) U. R. tomonidan asos solingan bo'lib, u optik jihatdan bir hil bo'lmagan muhitdagi yorug'lik nurlari va zarrachalarning traektoriyalari o'rtasida o'xshashlikni o'rnatgan. kuch maydonlari. Elektron mikroskopni yaratishning maqsadga muvofiqligi uning 1924 yilda takomillashganidan so'ng yaqqol namoyon bo'ldi va texnik shartlarni nemis fizigi X. Bush yaratdi, u aksimetrik maydonlarni fokuslash va magnit elektron linzalarini ishlab chiqdi (1926). 1928 yilda nemis olimlari M. Knoll va E. Ruska birinchi magnit uzatuvchi elektron mikroskopni (TEM) yaratishga kirishdilar va uch yildan so'ng nurlar hosil qilgan ob'ektning tasvirini oldilar. Keyingi yillarda (M. von Ardenne, 1938; V.K., 1942) skanerlash (supurish) printsipi, ya'ni nozik elektron nurning bir nuqtadan nuqtaga ketma-ket harakatlanishi () asosida ishlaydigan birinchi rastr elektron mikroskoplar (SEM) qurildi. prob) ob'ekt bo'yicha. 1960-yillarning o'rtalariga kelib. SEMlar yuqori texnik mukammallikka erishdi va shu vaqtdan boshlab ular qo'llanila boshlandi ilmiy tadqiqot. FEMlar ushbu parametrdan oshib ketgan eng yuqori (PC) ga ega yorug'lik mikroskoplari bir necha ming marta. T.n. Ob'ektning mumkin bo'lgan eng kichik detallarini alohida ko'rsatish uchun qurilmani tavsiflovchi o'lchamlari chegarasi TEM uchun 2-3 ni tashkil qiladi. Da qulay sharoitlar alohida og'ir atomlarni suratga olish mumkin. Davriy tuzilmalarni, masalan, atom kristall panjaralarini suratga olishda 1 dan kamroq ruxsatga erishish mumkin. Bunday yuqori aniqliklarga juda qisqa uzunlik tufayli erishiladi (qarang). Optimal diafragma [qarang. elektron (va ion) optikasida] etarlicha kichik diffraktsiya xatosi bilan kamayishi mumkin (PC Elektron mikroskopiga ta'sir qiladi). Samarali usullar Elektron mikroskopda hech qanday tuzatish topilmadi (qarang). Shuning uchun, TEMlarda kichikroq qiymatlarga ega bo'lgan magnit (EL) elektrostatik ELni to'liq almashtirdi. PEMlar turli maqsadlar uchun ishlab chiqariladi. Ularni 3 guruhga bo'lish mumkin: yuqori aniqlikdagi elektron mikroskop, soddalashtirilgan TEM va yuqori tezlashtirilgan elektron mikroskop.

Yuqori aniqlikdagi TEM(2-3 Å) - o'xshash, ko'p maqsadli qurilmalar. Yordamida qo'shimcha qurilmalar va ulardagi qo'shimchalar yordamida siz ob'ektni optik o'qqa turli xil katta burchaklarda egishingiz, qizdirishingiz, sovutishingiz, deformatsiya qilishingiz, tadqiqot usullarini bajarishingiz va hokazo. Tezlashtiruvchi elektronlar 100-125 kV ga etadi, bosqichma-bosqich sozlanishi va juda barqaror: 1-3 daqiqada u asl nusxadan 1-2 ppm dan ko'p bo'lmagan o'zgaradi. Ta'riflangan turdagi tipik TEMning tasviri ko'rsatilgan guruch. 1. Uning optik tizimida (ustun) maxsus yordamida vakuum tizimi vakuum hosil bo'ladi (10 -6 mm Hg gacha). TEM optik tizimining diagrammasi ko'rsatilgan guruch. 2. Isitilgan katod bo'lib xizmat qiladigan nur (birinchi va ikkinchi kondensatorlar tomonidan hosil bo'ladi va keyin ikki marta fokuslanadi, ob'ektda kichik elektron "nuqta" hosil qiladi (nuqtani sozlashda u 1 dan 20 mikrongacha o'zgarishi mumkin) Keyinchalik, qism ob'ekt orqali tarqaladi va tarqalmagan elektronlar diafragma orqali o'tadi va bu erda ob'ektning oraliq linzalariga qaratiladi, keyingi linzalar ikkinchi, uchinchi va hokazo Oxirgi proyeksiyali linzalar elektronlar ta'sirida porlashi mumkin bo'lgan tasvirni hosil qiladi ob'ekt, chunki ob'ektning qalinligi va kimyoviy tarkibi nuqtadan nuqtaga o'zgarib turadi, chunki ob'ektning turli nuqtalaridan o'tgandan keyin diafragma tomonidan ushlab turilgan elektronlar soni va shunga ko'ra, diafragma tomonidan ushlab turilgan elektronlar soni. ob'ektning turli nuqtalaridan o'tgandan so'ng diafragma ekranda aylanadigan tasvirdagi oqim zichligi o'zgaradi. Ekran ostida fotografik lavhalar bilan jurnal joylashgan. Suratga olishda ekran chiqariladi va elektronlar emulsiya qatlamiga ta'sir qiladi. Rasm ob'ektivni hayajonlantiradigan oqimdagi silliq o'zgarishlarga qaratilgan. Boshqa linzalarning oqimlari kattalashtirishni o'zgartirish uchun o'rnatiladi Elektron mikroskop

Guruch. 3. Ultra yuqori voltli elektron mikroskop (UHVEM): 1 - 3-5 atm bosimgacha elektr izolyatsion gaz (SF6) pompalanadigan tank; 2 - elektron qurol; 3 - tezlashtiruvchi trubka; 4 - yuqori voltli manba kondansatkichlari; 5 - kondensator linzalari bloki; 6 - ob'ektiv; 7, 8, 9 - proektsion linzalar; 10 - yorug'lik mikroskopi; 11 - boshqaruv paneli.

Skanerli elektron mikroskop (SEM) cho'g'lanma katodli 70 dan 200 Å gacha bo'lgan o'lchamdagi katta ob'ektlarni o'rganish uchun mo'ljallangan. SEMdagi tezlatgich 1 dan 30-50 kV gacha bo'lgan diapazonda sozlanishi mumkin.

Skanerli elektron mikroskop qurilmasi rasmda ko'rsatilgan guruch. 4. 2 yoki 3 EL yordamida tor elektron prob namunaga qaratilgan. Magnit deflektorlar probni ob'ektning ma'lum bir maydoniga joylashtiradi. Prob ob'ekt bilan o'zaro ta'sir qilganda, bir nechta turlar paydo bo'ladi ( guruch. 5) - ikkilamchi va aks ettirilgan elektronlar; ob'ektdan o'tadigan elektronlar (agar u ingichka bo'lsa); rentgen nurlari va xarakteristikasi; radiatsiya va boshqalar.

Guruch. 5. SEMda olingan ob'ekt haqidagi ma'lumotlarni qayd qilish sxemasi. 1 - birlamchi elektron nur; 2 - ikkilamchi elektron detektori; 3 - rentgen detektori; 4 - aks ettirilgan elektron detektori; 5 - detektor yorug'lik nurlanishi; 6 - uzatilgan elektronlarning detektori; 7 - ob'ektga induktsiya qilingan elektr potentsialini o'lchash uchun qurilma; 8 - ob'ektdan o'tadigan elektronlarning oqimini o'lchash uchun qurilma; 9 - ob'ektga so'rilgan elektronlar oqimini o'lchash uchun qurilma.

Ushbu nurlanishlarning har qandayini elektr nurlanishiga aylantiruvchi sensori bo'lgan mos keladigan kollektor yozib olishi mumkin, bu esa kuchaytirilgandan so'ng (CRT) ga beriladi va uning nurini modulyatsiya qiladi. CRT nurini skanerlash SEMda elektron zondni skanerlash bilan amalga oshiriladi va CRT ekranida ob'ektning kattalashtirilgan tasviri kuzatiladi. Kattalashtirish CRT ekranidagi ramka balandligining skanerlangan ob'ektning kengligiga nisbatiga teng. Rasm to'g'ridan-to'g'ri CRT ekranidan suratga olinadi. SEM ning asosiy afzalligi - bu tasvirni kuzatish qobiliyati tufayli qurilmaning yuqori ma'lumotlar tarkibi. turli sensorlar. SEM yordamida o'rganish mumkin kimyoviy tarkibi ob'ekt bo'yicha, p-n o'tishlari, ishlab chiqarish va boshqalar. Namuna odatda holda tekshiriladi dastlabki tayyorgarlik. SEM ham ishlatiladi texnologik jarayonlar(chip nuqsonlari va boshqalar). Yuqori SEM Kompyuter uchun ikkinchi darajali yordamida tasvirlarni shakllantirishda amalga oshiriladi. Bu elektronlar chiqadigan zonaning diametri bilan aniqlanadi. Zonaning o'lchami, o'z navbatida, zondning diametriga, ob'ektning xususiyatlariga, birlamchi nurning elektronlariga va boshqalarga bog'liq. Birlamchi elektronlarning katta kirish chuqurligi bilan, barcha yo'nalishlarda rivojlanayotgan ikkilamchi jarayonlar diametrini oshiradi. zona va shaxsiy kompyuter kamayadi. Ikkilamchi elektron detektor fotoko'paytirgich va elektron-foton konvertordan iborat bo'lib, ularning asosiy elementi ikkitadan iborat - musbat potensial ostida (bir necha yuz V gacha) to'r shaklidagi ekstraktor va tezlatgich; ikkinchisi qo'lga olingan ikkilamchi elektronlarni zarur energiya bilan ta'minlaydi. Tezlashtiruvchi elektrodga taxminan 10 kV kuchlanish qo'llaniladi; Odatda sintilator ustidagi alyuminiy qoplamadan iborat. Sintilatorning chaqnashlari soni ob'ektning ma'lum bir nuqtasida chiqariladigan ikkilamchi chaqnashlar soniga proportsionaldir. Kuchaytirilgandan so'ng, PMT va signal CRT nurlari tomonidan modulyatsiya qilinadi. Signalning kattaligi namunaga, mahalliy elektr va magnit mikromaydonlarning mavjudligiga, qiymatiga bog'liq bo'lib, bu o'z navbatida ma'lum bir nuqtada namunaning kimyoviy tarkibiga bog'liq. Yoritilgan elektronlar yarimo'tkazgich (kremniy) qurilma tomonidan qayd etiladi. Tasvirning kontrasti asosiy nurning tushish burchagi va atom raqamiga bog'liqligi bilan belgilanadi. "Ko'zgu elektronlarida" olingan tasvirning o'lchamlari ikkilamchi (ba'zan kattalik tartibida) yordamida olinganidan pastroqdir. Elektronlarning kollektorga parvozining to'g'riligi tufayli kollektorga to'g'ridan-to'g'ri yo'l bo'lmagan alohida joylar haqida ma'lumot yo'qoladi (soyalar paydo bo'ladi). Xarakteristika rentgen kristalli yoki energiya dispersiv sensori - yarimo'tkazgichli detektor (odatda litiy bilan qo'shilgan sof kremniydan qilingan) bilan ajratiladi. Birinchi holda, rentgen kvantlari spektrometr kristali tomonidan aks ettirilgandan so'ng, gaz spektrometrida qayd etiladi, ikkinchisida esa yarimo'tkazgichdan olingan signal past shovqinli (suyuq azot bilan sovutiladi) bilan kuchaytiriladi. shovqinni kamaytirish uchun) va keyingi kuchaytirish tizimi. Kristaldan keladigan signal CRT nurini modulyatsiya qiladi va ekranda u yoki buning rasmi paydo bo'ladi. kimyoviy element ob'ekt bo'yicha. SEMlar mahalliy rentgen nurlarini ham ishlab chiqaradi. Energiyani tarqatuvchi detektor Na dan U gacha bo'lgan barcha elementlarni yuqori sezuvchanlik bilan qayd qiladi. Be dan U gacha bo'lgan turli tekisliklararo (qarang) qoplamali kristallar to'plamidan foydalanadigan kristalli spektrometr. Muhim kamchilik SEM - ob'ektlarni o'rganishda ma'lumotni "olib tashlash" jarayonining uzoq davom etishi. Nisbatan yuqori kompyuterni etarlicha kichik diametrli elektron prob yordamida olish mumkin. Ammo shu bilan birga, zond kamayadi, buning natijasida ta'sir keskin kuchayadi, foydali signalning shovqinga nisbati kamayadi. Signal-shovqin nisbati berilgan darajadan pastga tushmasligini ta'minlash uchun ob'ektning har bir nuqtasida etarli darajada to'planishi uchun skanerlashni sekinlashtirish kerak. katta raqam asosiy (va mos keladigan ikkinchi darajali). Natijada, kompyuter faqat past skanerlash tezligida amalga oshiriladi. Ba'zan bitta ramka 10-15 daqiqada hosil bo'ladi.

Guruch. 6. Sxematik diagramma transmissiya skanerlash elektron mikroskopi (STEM): 1 - maydon emissiya katodi; 2 - oraliq anod; 3 - anod; 4 - nurni sozlash uchun burilish tizimi; 5 - "yorituvchi" diafragma; 6, 8 - elektron probni skanerlash uchun burilish tizimlari; 7 - magnit uzoq fokusli linza; 9 - diafragma diafragma; 10 - magnit optikasi; 11 - ob'ekt; 12, 14 - burilish tizimlari; 13 - tarqoq elektronlarning halqali kollektori; 15 - tarqalmagan elektronlar kollektori (spektrometr bilan ishlashda olib tashlanadi); 16 - elektron nurlari aylanadigan magnit spektrometr magnit maydon 90 ° da; 17 - har xil energiya yo'qotishlari bo'lgan elektronlarni tanlash uchun burilish tizimi; 18 - spektrometr tirqishi; 19 - kollektor; SE - ikkilamchi elektronlar oqimi hn - rentgen nurlanishi.

Dala emissiya quroli bilan SEM SEM uchun yuqori kompyuterga ega (30 Å gacha). Dala emissiya qurolida (xuddi shunday) uchi shaklidagi katod ishlatiladi, uning tepasida kuchli to'lqin paydo bo'lib, elektronlarni katoddan yirtib tashlaydi (qarang). Dala emissiyasi katodli qurolning elektron yorqinligi issiq katodli quroldan 10 3 -10 4 baravar yuqori. Shunga ko'ra, elektron prob oqimi ortadi. Shuning uchun, dala emissiya quroli bo'lgan SEMda tezkor skanerlash amalga oshiriladi va kompyuterni oshirish uchun prob qisqartiriladi. Biroq, dala emissiya katodi faqat o'ta yuqori vakuumda (10 -9 -10 -11 mmHg) barqaror ishlaydi va bu bunday SEMlarni loyihalashni va ularda ishlashni murakkablashtiradi.

Transmissiya skanerlash elektron mikroskopi (STEM) PEM bilan bir xil yuqori kompyuterga ega. Ushbu qurilmalar diametri 2-3 Å gacha bo'lgan zondni etarli darajada ta'minlaydigan dala emissiya qurollaridan foydalanadi. Yoniq guruch. 6 PREM ning sxematik ko'rinishi ko'rsatilgan. Ikkitasi probning diametrini kamaytiradi. Ob'ekt ostida - markaziy va halqa joylashgan. Tarqalmagan elektronlar birinchisiga tushadi va tegishli signallar kuchaytirilgandan so'ng, yorqin maydon tasviri. Tarqalgan elektronlar halqa detektorida to'planib, shunday deb ataladi. qorong'u maydon tasviri. STEMda TEMga qaraganda qalinroq ob'ektlarni o'rganish mumkin, chunki qalinligi bo'lgan noelastik tarqoq ob'ektlar sonining ko'payishi ruxsatga ta'sir qilmaydi (ob'ektdan keyin STEMda optika yo'q). Energiya yordamida ob'ektdan o'tadigan elektronlar elastik va elastik bo'lmagan tarqoq nurlarga bo'linadi. Har bir nur o'z detektori va tegishli tasvirni o'z ichiga oladi Qo'shimcha ma'lumot tarqaladigan ob'ekt haqida. STEM-da yuqori aniqlikka sekin skanerlash orqali erishiladi, chunki diametri atigi 2-3 Å bo'lgan zondda oqim juda kichik.

Aralash tipdagi elektron mikroskop. Bir qurilmada statsionar nur bilan tasvirni shakllantirish tamoyillarining kombinatsiyasi (TEMda bo'lgani kabi) va nozik zondni ob'ekt ustidan skanerlash bunday elektron mikroskopda TEM, SEM va STEM afzalliklarini amalga oshirishga imkon berdi. Hozirgi vaqtda barcha TEMlar rastr rejimida ob'ektlarni kuzatish imkoniyatini beradi (kondenser linzalari yordamida va ob'ekt ustida burilish tizimlari tomonidan skanerdan o'tkaziladigan qisqartirilgan tasvirni yaratish). Statsionar nurdan hosil bo'lgan tasvirga qo'shimcha ravishda, kishi olinadi rastrli tasvirlar uzatiladigan va ikkilamchi elektronlar yordamida CRT ekranlarida xarakteristikalar va boshqalar. Optik tizim Ob'ektdan keyin joylashgan bunday TEM boshqa qurilmalarda amalga oshirib bo'lmaydigan rejimlarda ishlashga imkon beradi. Masalan, siz bir vaqtning o'zida CRT ekranida va qurilma ekranida bir xil ob'ektning tasvirini kuzatishingiz mumkin.

Emissiya E. m qizdirilganda ob'ektning o'zi, birlamchi nur va kuchli bo'lganda chiqaradigan elektronlarda ob'ektning tasvirini yaratish. elektr maydoni, ob'ektdan elektronlarni olib tashlash. Ushbu qurilmalar odatda tor maqsadga ega.

Oyna elektron mikroskop asosan ob'ektdagi elektrostatik "potentsial relyef" va magnit mikromaydonlarni tasavvur qilish uchun xizmat qiladi. Qurilmaning asosiy optik elementi bo'lib, ulardan biri kichik ostida joylashgan ob'ektning o'zi salbiy potentsial qurol katodiga nisbatan. Elektron nur oynaga yo'naltiriladi va ob'ektning bevosita yaqinidagi maydon tomonidan aks ettiriladi. Oyna ekranda "aks ettirilgan nurlarda" tasvirni hosil qiladi. Ob'ekt yuzasiga yaqin joylashgan mikromaydonlar aks ettirilgan nurlarning elektronlarini qayta taqsimlaydi va bu mikromaydonlarni tasavvur qiladigan tasvirni yaratadi.

Rivojlanish istiqbollari Elektron mikroskop Davriy bo'lmagan ob'ektlar tasvirlarida shaxsiy kompyuterni 1 Å yoki undan ko'pga oshirish nafaqat og'ir, balki engil atomlarni ham yozib olish va atom darajasida ko'rish imkonini beradi. Xuddi shunday ruxsatga ega bo'lgan elektron mikroskopni yaratish uchun tezlashtirish tezligi oshiriladi. Ser. Jismoniy”, 34-jild, 1970; Hawks P., va, trans. ingliz tilidan, M., 1974; Derkach V.P., Kiyashko G.F., Kuxarchuk M.S., Elektron zond qurilmalari, K., 1974; Stoyanova I. G., Anaskin I. F., Transmissiya elektron mikroskopiya usullarining fizik asoslari, M., 1972; Oatley S. V., Skanerli elektron mikroskop, Camb., 1972; Grivet P., Elektron optika, 2 nashr, Oxf., 1972 yil.

Elektron mikroskopning yaratilish tarixi

1931-yilda R.Rudenberg uzatuvchi elektron mikroskopga patent oldi, 1932-yilda M.Knoll va E.Ruska birinchi prototipini qurdilar. zamonaviy qurilma. 1986 yilda E. Ruskaning ushbu ishi qayd etilgan Nobel mukofoti fizika bo'yicha, unga va skanerlash zond mikroskopining ixtirochilari Gerd Karl Binnig va Geynrix Rorerga berildi. Ilmiy tadqiqotlar uchun uzatuvchi elektron mikroskoplardan foydalanish 1930-yillarning oxirida Siemens tomonidan qurilgan birinchi tijorat asbobi bilan boshlangan.

1930-yillarning oxiri va 1940-yillarning boshlarida birinchi skanerlovchi elektron mikroskoplar paydo boʻldi, ular kichik koʻndalang kesimli elektron zondni obʼyekt boʻylab ketma-ket harakatlantirish orqali obʼyekt tasvirini hosil qiladi. Ushbu qurilmalarning ilmiy tadqiqotlarda keng qo'llanilishi 1960-yillarda, ular sezilarli texnik yutuqlarga erishgandan so'ng boshlandi.

Rivojlanishda sezilarli sakrash (70-yillarda) termion katodlar o'rniga Schottky katodlari va sovuq maydon emissiya katodlaridan foydalanish edi, ammo ulardan foydalanish ancha yuqori vakuumni talab qiladi.

90-yillarning oxiri va 2000-yillarning boshlarida kompyuterlashtirish va CCD detektorlaridan foydalanish barqarorlikni va (nisbiy) foydalanish qulayligini sezilarli darajada oshirdi.

IN so'nggi o'n yil Zamonaviy ilg'or transmissiya elektron mikroskoplari sferik va xromatik aberratsiyalar uchun tuzatuvchilardan foydalanadi (bu hosil bo'lgan tasvirga asosiy buzilishni keltirib chiqaradi), lekin ulardan foydalanish ba'zan qurilmadan foydalanishni sezilarli darajada murakkablashtiradi.

Elektron mikroskoplarning turlari

Transmissiya elektron mikroskopiyasi

Shablon: Bo'sh bo'lim

Elektron mikroskopning dastlabki ko'rinishi. Transmissiya elektron mikroskopi tasvirni yaratish uchun yuqori energiyali elektron nurdan foydalanadi. Elektron nurlar katod (volfram, LaB 6, Schottky yoki sovuq maydon emissiyasi) yordamida yaratiladi. Olingan elektron nur odatda +200 keV ga tezlashadi (20 keV dan 1 meV gacha bo'lgan turli xil kuchlanishlardan foydalaniladi), elektrostatik linzalar tizimi tomonidan yo'naltiriladi, namunadan o'tadi, shunda uning bir qismi namunadagi sochilishdan o'tadi va bir qismi. emas. Shunday qilib, namunadan o'tadigan elektron nur namunaning tuzilishi haqida ma'lumot olib boradi. Keyin nur kattalashtiruvchi linzalar tizimidan o'tadi va lyuminestsent ekranda (odatda rux sulfididan), fotografiya plitasida yoki CCD kamerada tasvir hosil qiladi.

TEM o'lchamlari asosan sferik aberatsiya bilan cheklangan. Ba'zi zamonaviy TEMlar sferik aberatsiyani tuzatuvchiga ega.

TEM ning asosiy kamchiliklari juda nozik namunaga ehtiyoj (taxminan 100 nm) va nur ostida namunalarning beqarorligi (parchalanishi) hisoblanadi.

Transmissiya raster (skanerlash) elektron mikroskopiyasi (STEM)

Asosiy maqola: Transmissiya skanerlash elektron mikroskopi

Transmissiya elektron mikroskopining (TEM) turlaridan biri, ammo faqat TEM rejimida ishlaydigan qurilmalar mavjud. Elektronlar nuri nisbatan yupqa namunadan o'tkaziladi, ammo an'anaviy transmissiya elektron mikroskopidan farqli o'laroq, elektron nur rastrda namuna bo'ylab harakatlanadigan nuqtaga qaratilgan.

Rastr (skanerlash) elektron mikroskopiyasi

U namuna yuzasida ingichka elektronlar nurini skanerlashning televizion printsipiga asoslanadi.

Past kuchlanishli elektron mikroskop

Elektron mikroskoplarning qo'llanilishi

Elektron mikroskoplarning dunyodagi asosiy ishlab chiqaruvchilari

Shuningdek qarang

Eslatmalar

Havolalar

• 2011-yilning 15 ta eng yaxshi elektron mikroskop rasmlari Tavsiya etilgan saytdagi tasvirlar tasodifiy rangga bo'yalgan va ilmiy ahamiyatga ega bo'lgandan ko'ra badiiyroqdir (elektron mikroskoplar rangli emas, oq-qora tasvirlarni ishlab chiqaradi).

Wikimedia fondi. 2010 yil.

Elektron mikroskop qanday ishlaydi? Uning optik mikroskopdan farqi nimada, ular o'rtasida o'xshashlik bormi?

Elektron mikroskopning ishlashi aylanma simmetriyaga ega bo'lgan bir jinsli bo'lmagan elektr va magnit maydonlarning elektron nurlarga fokuslash ta'siriga ega bo'lish xususiyatiga asoslanadi. Shunday qilib, elektron mikroskopda linzalarning roli to'g'ri hisoblangan elektr va magnit maydonlar to'plami tomonidan o'ynaydi; bu maydonlarni yaratadigan mos keladigan qurilmalar "elektron linzalar" deb ataladi.

Elektron linzalarning turiga qarab elektron mikroskoplar magnit, elektrostatik va estrodiollarga bo'linadi.

Elektron mikroskop yordamida qanday turdagi ob'ektlarni tekshirish mumkin?

Xuddi optik mikroskopda bo'lgani kabi, ob'ektlar, birinchi navbatda, "o'z-o'zidan yorug'lik" bo'lishi mumkin, ya'ni elektronlar manbai bo'lib xizmat qiladi. Bu, masalan, qizdirilgan katod yoki yoritilgan fotoelektron katoddir. Ikkinchidan, ma'lum bir tezlikka ega bo'lgan elektronlar uchun "shaffof" ob'ektlardan foydalanish mumkin. Boshqacha qilib aytganda, uzatishda ishlayotganda, ob'ektlar etarlicha nozik bo'lishi kerak va elektronlar etarlicha tez bo'lishi kerak, ular ob'ektlardan o'tib, elektron linzalar tizimiga kiradi. Bundan tashqari, aks ettirilgan elektron nurlar yordamida massiv jismlarning sirtlarini (asosan metallar va metalllashtirilgan namunalar) o'rganish mumkin. Ushbu kuzatish usuli aks ettiruvchi optik mikroskopiya usullariga o'xshaydi.

Ob'ektlarni o'rganish xususiyatiga ko'ra elektron mikroskoplar o'tkazuvchanlik, aks ettirish, emissiya, rastr, soya va oynaga bo'linadi.

Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgani transmissiya tipidagi elektromagnit mikroskoplar bo'lib, ularda tasvir kuzatish ob'ekti orqali o'tadigan elektronlar tomonidan yaratiladi. U quyidagi asosiy komponentlardan iborat: yoritish tizimi, ob'yektli kamera, fokuslash tizimi va kamera va lyuminestsent ekrandan iborat yakuniy tasvirni yozib olish bloki. Bu tugunlarning barchasi bir-biriga bog'langan bo'lib, mikroskop ustuni deb ataladigan bo'lib, uning ichida bosim saqlanadi. Yoritish tizimi odatda uch elektrodli elektron tabancadan (katod, fokuslash elektrodi, anod) va kondensator linzalaridan iborat (biz elektron linzalar haqida gapiramiz). U kerakli kesma va intensivlikdagi tez elektronlar nurini hosil qiladi va uni ob'ekt kamerasida joylashgan o'rganilayotgan ob'ektga yo'naltiradi. Ob'ektdan o'tadigan elektronlar nuri ob'ektiv linza va bir yoki bir nechta proyeksiya linzalaridan iborat fokuslash (proyeksiya) tizimiga kiradi.