Mikroskoplarning turlari: tavsifi, asosiy xarakteristikalari, maqsadi. Elektron mikroskop yorug'lik mikroskopidan nimasi bilan farq qiladi? Elektron mikroskop
Shuningdek o'qing
Moskva elektron texnologiyalar instituti
Elektron mikroskop laboratoriyasi S.V. Sedov
[elektron pochta himoyalangan]
Zamonaviy skanerlovchi elektron mikroskopning ishlash printsipi va undan mikroelektron ob'ektlarni o'rganishda foydalanish
Ishning maqsadi: skanerlovchi elektron mikroskop yordamida materiallar va mikroelektron tuzilmalarni o'rganish usullari bilan tanishish.
Ishlash vaqti: 4 soat.
Qurilmalar va aksessuarlar: Philips skanerlovchi elektron mikroskop-
SEM-515, mikroelektron tuzilmalarning namunalari.
Skanerli elektron mikroskopning dizayni va ishlash printsipi
1.Kirish
Skanerli elektron mikroskopiya - bu namuna yuzasida rastrga joylashtirilgan nozik fokuslangan elektron nur bilan nurlanish orqali ob'ektni o'rganish. Fokuslangan elektron nurning namuna yuzasi bilan o'zaro ta'siri natijasida ikkilamchi elektronlar, aks ettirilgan elektronlar, xarakterli rentgen nurlanishi, Auger elektronlari va turli energiyadagi fotonlar paydo bo'ladi. Ular ma'lum hajmlarda tug'iladi - namuna ichidagi avlod joylari va uning ko'plab xususiyatlarini, masalan, sirt topografiyasi, kimyoviy tarkibi, elektr xususiyatlari va boshqalarni o'lchash uchun ishlatilishi mumkin.
Skanerli elektron mikroskoplarning keng qo'llanilishining asosiy sababi massiv ob'ektlarni o'rganishda 1,0 nm (10 A) gacha bo'lgan yuqori aniqlikdir. Skanerli elektron mikroskopda olingan tasvirlarning yana bir muhim xususiyati qurilmaning maydon chuqurligidan kelib chiqqan holda ularning uch o'lchamliligidir. Mikro- va nanotexnologiyada skanerlovchi mikroskopdan foydalanish qulayligi namunalarni tayyorlashning nisbatan soddaligi va tadqiqotning samaradorligi bilan izohlanadi, bu esa undan vaqtni sezilarli darajada yo‘qotmasdan texnologik parametrlarni operasiyaviy monitoring qilishda foydalanish imkonini beradi. Skanerli mikroskopdagi tasvir televizor signali shaklida shakllanadi, bu esa uni kompyuterga kiritishni va tadqiqot natijalarini dasturiy ta'minot bilan qayta ishlashni sezilarli darajada osonlashtiradi.
Mikrotexnologiyalarning rivojlanishi va elementlarning o'lchamlari ko'rinadigan yorug'lik to'lqin uzunligidan sezilarli darajada kichik bo'lgan nanotexnologiyalarning paydo bo'lishi skanerlash elektron mikroskopini qattiq jismli elektronika va mikromexanika mahsulotlarini ishlab chiqarishda deyarli yagona buzilmaydigan vizual tekshirish usuliga aylantiradi.
2. Elektron nurning namuna bilan o'zaro ta'siri
Elektron nurlari qattiq nishon bilan o'zaro ta'sirlashganda, juda ko'p turli xil signallar paydo bo'ladi. Ushbu signallarning manbai radiatsiya hududlari bo'lib, ularning o'lchamlari nurlanish energiyasiga va bombardimon qilingan nishonning atom raqamiga bog'liq. Ushbu maydonning o'lchami, ma'lum bir turdagi signaldan foydalanganda, mikroskopning o'lchamlarini aniqlaydi. Shaklda. 1-rasmda turli signallar uchun namunadagi qo'zg'alish hududlari ko'rsatilgan.
Namuna tomonidan chiqarilgan elektronlarning to'liq energiya taqsimoti
2-rasmda ko'rsatilgan. U tushayotgan nurning energiyasi E 0 = 180 eV da olingan, maqsad J s tomonidan chiqarilgan elektronlar soni (E) ordinata o'qi bo'ylab chizilgan va bu elektronlarning energiyasi E abscissa o'qi bo'ylab chizilgan. E'tibor bering, qaramlik turi,
2-rasmda ko'rsatilgan, elektron mikroskoplarni skanerlashda ishlatiladigan 5-50 keV energiyaga ega bo'lgan nurlar uchun ham saqlanadi.
G 
I guruh energiya birlamchi nurning energiyasiga yaqin bo'lgan elastik aks ettirilgan elektronlardan iborat. Ular katta burchaklardagi elastik sochilish paytida paydo bo'ladi. Atom raqami Z ortishi bilan elastik sochilish kuchayadi va aks ettirilgan elektronlarning ulushi ortadi. Ayrim elementlar uchun aks ettirilgan elektronlarning energiya taqsimoti 3-rasmda ko'rsatilgan.
Tarqalish burchagi 135 0 
, W=E/E 0 - normallashtirilgan energiya, d/dW - tushgan elektron va birlik energiya oralig'ida aks ettirilgan elektronlar soni. Rasmdan ko'rinib turibdiki, atom raqami ortishi bilan nafaqat aks ettirilgan elektronlar soni ko'payadi, balki ularning energiyasi ham birlamchi nurning energiyasiga yaqinlashadi. Bu atom raqamidagi kontrastning paydo bo'lishiga olib keladi va ob'ektning fazaviy tarkibini o'rganishga imkon beradi.
II guruhga bir necha marta elastik boʻlmagan sochilishdan oʻtgan va maqsadli materialning koʻproq yoki kamroq qalin qatlamidan oʻtib, dastlabki energiyasining maʼlum qismini yoʻqotib, sirtga chiqariladigan elektronlar kiradi.
E 
III-guruh elektronlari ikkilamchi elektronlar boʻlib, ular kuchsiz bogʻlangan elektronlarning birlamchi nurlari taʼsirida maqsadli atomlarning tashqi qobiqlari qoʻzgʻatilganda hosil boʻladi, ular kam energiyaga ega (50 eV dan kam). Ikkilamchi elektronlar soniga asosiy ta'sir namuna sirtining topografiyasi va mahalliy elektr va magnit maydonlari tomonidan amalga oshiriladi. Chiqaruvchi ikkilamchi elektronlar soni birlamchi nurning tushish burchagiga bog'liq (4-rasm). Ikkilamchi elektronlarni chiqarishning maksimal chuqurligi R 0 bo'lsin. Agar namuna egilgan bo'lsa, u holda sirtdan R 0 masofada yo'l uzunligi ortadi: R = R 0 sek
Binobarin, ikkilamchi elektronlar hosil bo'ladigan to'qnashuvlar soni ham ortadi. Shuning uchun, tushish burchagidagi engil o'zgarish chiqish signalining yorqinligi sezilarli o'zgarishiga olib keladi. Ikkilamchi elektronlarning hosil bo'lishi asosan namunaning sirtga yaqin hududida sodir bo'lganligi sababli (1-rasm), ikkilamchi elektronlarda tasvirning aniqligi birlamchi elektron nurining o'lchamiga yaqin.
Xarakterli rentgen nurlanishi tushgan elektronlarning namuna atomlarining ichki K, L yoki M qobiqlaridagi elektronlar bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Xarakterli nurlanish spektri haqida ma'lumot olib yuradi kimyoviy tarkibi ob'ekt. Tarkibni mikrotahlil qilishning ko'plab usullari bunga asoslanadi. Ko'pgina zamonaviy skanerlash elektron mikroskoplari sifatli va miqdoriy mikrotahlil uchun, shuningdek, ma'lum elementlarning xarakterli rentgen nurlanishida namuna yuzasi xaritalarini yaratish uchun energiya-dispersiv spektrometrlar bilan jihozlangan.
3 Skanerli elektron mikroskop dizayni.
Elektron mikroskopning yaratilish tarixi
1931 yilda R. Rudenberg uzatuvchi elektron mikroskopga patent oldi, 1932 yilda M. Knoll va E. Ruska zamonaviy qurilmaning birinchi prototipini yaratdilar. E. Ruskaning ushbu ishi 1986 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi, bu mukofot unga va skanerlovchi zond mikroskopining ixtirochilari Gerd Karl Binnig va Geynrix Rorerga berildi. Uzatish elektron mikroskopidan foydalanish ilmiy tadqiqot 1930-yillarning oxirida boshlangan va shu bilan birga Siemens tomonidan qurilgan birinchi tijorat qurilmasi paydo bo'ldi.
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), fotografik plastinka 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 mikroskopiya
Elektron mikroskoplarning qo'llanilishi
|
Yarimo'tkazgichlar va ma'lumotlarni saqlash
Biologiya va hayot fanlari
|
Ilmiy tadqiqot
Sanoat
|
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.
Transmissiya elektron mikroskopi - bu elektron nurlardan foydalanadigan mikroskopik ob'ektlarning kattalashtirilgan tasvirlarini olish uchun qurilma. Elektron mikroskoplar optik mikroskoplarga nisbatan ko'proq ruxsatga ega, bundan tashqari, ular olish uchun ham ishlatilishi mumkin; Qo'shimcha ma'lumot ob'ektning materiali va tuzilishi bilan bog'liq.
Birinchi elektron mikroskop 1931 yilda nemis muhandislari Ernst Ruska va Maks Barrel tomonidan yaratilgan. Ernst Ruska bu kashfiyot uchun oldi Nobel mukofoti 1986 yilda fizika fanidan. 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'ektning sirtini 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. Elektron mikroskoplarning yuqori aniqligiga 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 konstruksiyalari. 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 yuzasini 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 moddaning yuqori qo'zg'aluvchan atomlari tomonidan chiqariladigan 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.
ElektrOnal mikroskopOP(inglizcha - elektron mikroskop) – Bu yorug'lik nurlari o'rniga yuqori energiyaga (30 - 100 keV yoki undan ko'p) tezlashtirilgan elektronlar nurlari qo'llaniladigan ob'ektlarning kattalashtirilgan tasvirlarini (1·10 6 martagacha) kuzatish va suratga olish uchun qurilma. chuqur vakuum sharoitlari.
Transmissiya elektron mikroskoplari (TEM) bu parametr bo'yicha yorug'lik mikroskoplarini bir necha ming marta ortda qoldirib, eng yuqori aniqlash kuchiga ega. Qurilmaning ob'ektning kichik, maksimal darajada joylashgan detallarini alohida tasvirlash qobiliyatini tavsiflovchi rezolyutsiya chegarasi TEM uchun 2 - 3 A ° ni tashkil qiladi. Da qulay sharoitlar alohida og'ir atomlarni suratga olish mumkin. Davriy tuzilmalarni, masalan, kristall panjaralarning atom tekisliklarini suratga olishda 1 A° dan kamroq ruxsatga erishish mumkin.
Qattiq jismlarning tuzilishini aniqlash uchun to'lqin uzunligi l atomlararo masofalardan qisqaroq bo'lgan nurlanishdan foydalanish kerak. Elektron mikroskopda bu maqsadda elektron to'lqinlardan foydalaniladi.
De Broyl to'lqin uzunligi λ Tezlik bilan harakatlanuvchi elektron uchun B V
Qayerda p- uning impulsi, h- Plank doimiysi, m 0 - elektronning dam olish massasi, V- uning tezligi.
Oddiy o'zgarishlardan so'ng, biz potentsial farqli tezlanayotgan bir xil elektr maydonida harakatlanadigan elektron uchun de Broyl to'lqin uzunligini aniqlaymiz. U, teng
. (1)
uchun ifodalarda λ B relyativistik tuzatish hisobga olinmaydi, bu faqat yuqori elektron tezligida muhim ahamiyatga ega V>1·10 5 V.
l B qiymati juda kichik bo'lib, bu elektron mikroskopning yuqori aniqligini ta'minlaydi.
1 dan energiyaga ega elektronlar uchun eV 10 000 eV gacha, de Broyl to'lqin uzunligi ~1 nm dan 10 -2 nm gacha, ya'ni to'lqin uzunligi oralig'ida joylashgan. rentgen nurlanishi. Shunung uchun to'lqin xususiyatlari elektronlar, masalan, ular kuzatilayotgan kristallar ustiga sochilganida paydo bo'lishi kerak. diffraktsiya rentgen nurlari. [
Zamonaviy mikroskoplar (1·10 4 – 1·10 5) eV elektron energiyasida (0,1 – 1) nm ruxsatga ega bo‘lib, bu atomlar guruhlarini va hatto alohida atomlarni, nuqta nuqsonlarini, sirt topografiyasini kuzatish imkonini beradi. va boshqalar.
Transmissiya elektron mikroskopiyasi
Transmissiya elektron mikroskopining (TEM) elektron-optik tizimiga quyidagilar kiradi: mikroskopning yoritish tizimini ta'minlash uchun mo'ljallangan elektron tabanca I va kondensator 1; displeyni amalga oshiradigan ob'ektiv 2, oraliq 3 va proyeksiya 4 linzalari; kuzatuv va suratga olish kamerasi E (1-rasm).
1-rasm. Tasvirni kuzatish rejimida TEMda nurlanish yo'li
Elektron tabancadagi elektronlar manbai volframli termion katoddir. Kondenser linzalari ob'ektda bir necha mikron diametrli nuqta olish imkonini beradi. Tasvirlash tizimidan foydalanib, TEM ekranida ob'ektning elektron mikroskopik tasviri hosil bo'ladi.Ob'ektga tekis konjugatsiyada ob'ektiv ob'ektiv ob'ektning birinchi oraliq tasvirini hosil qiladi. Ob'ektning bir nuqtasidan chiqadigan barcha elektronlar konjugat tekisligining bir nuqtasida tugaydi. Keyin oraliq va proyeksiya linzalari yordamida lyuminestsent mikroskop ekranida yoki fotografik plastinkada tasvir olinadi. Ushbu rasm namunaning strukturaviy va morfologik xususiyatlarini bildiradi.
TEM magnit linzalardan foydalanadi. Ob'ektiv o'rash, bo'yinturuq va qutb bo'lagidan iborat bo'lib, magnit maydonni kichik hajmda to'playdi va shu bilan linzaning optik kuchini oshiradi.
TEMlar bu parametr bo'yicha yorug'lik mikroskoplarini bir necha ming marta ortda qoldiradigan eng yuqori rezolyutsiya kuchiga (PC) ega. Qurilmaning ob'ektning kichik, maksimal darajada joylashgan detallarini alohida tasvirlash qobiliyatini tavsiflovchi rezolyutsiya chegarasi TEM uchun 2 - 3 A ° ni tashkil qiladi. Qulay sharoitlarda alohida og'ir atomlarni suratga olish mumkin. Davriy tuzilmalarni, masalan, kristall panjaralarning atom tekisliklarini suratga olishda 1 A° dan kam ruxsatga erishish mumkin. Bunday yuqori aniqliklarga elektronlarning juda qisqa de Broyl to'lqin uzunligi tufayli erishiladi. Optimal diafragma linzalarning sferik aberatsiyasini kamaytirishga imkon beradi, bu PC TEM ga ta'sir qiladi, etarlicha kichik diffraktsiya xatosi bilan. Aberatsiyalarni tuzatishning samarali usullari topilmadi. Shuning uchun TEMda kichikroq aberratsiyalarga ega bo'lgan magnit elektron linzalari (EL) elektrostatik ELlarni to'liq almashtirdi. PEMlar turli maqsadlar uchun ishlab chiqariladi. Ularni 3 guruhga bo'lish mumkin:
soddalashtirilgan PEM,
Yuqori aniqlikdagi TEM,
Tezlashtiruvchi kuchlanish kuchaygan TEM.
1. Soddalashtirilgan FEM yuqori kompyuter talab qilmaydigan tadqiqotlar uchun mo'ljallangan. Ular dizayn jihatidan soddaroq (shu jumladan ob'ekt tasvirini kattalashtirish uchun 1 ta kondanser va 2 - 3 linzalar), ular pastroq (odatda 60 - 80 kV) tezlashtiruvchi kuchlanish va uning past barqarorligi bilan ajralib turadi. Ushbu qurilmalarning shaxsiy kompyuterlari 6 dan 15 gacha. Boshqa ilovalar ob'ektlarni oldindan ko'rish, muntazam tadqiqotlar, ta'lim maqsadlari. Elektron nur bilan "yoritilgan" ob'ektning qalinligi tezlashtiruvchi kuchlanishga bog'liq. Qalinligi 10 dan bir necha ming A° gacha boʻlgan obʼyektlar tezlashtiruvchi kuchlanishi 100 kV boʻlgan TEMda oʻrganiladi.
2. Yuqori aniqlikdagi TEM(2 - 3 Å) - qoida tariqasida, universal ko'p maqsadli qurilmalar (2-rasm, a). Yordamida qo'shimcha qurilmalar va ulardagi qo'shimchalar yordamida siz ob'ektni optik o'qqa katta burchak ostida turli tekisliklarda egishingiz, qizdirishingiz, sovutishingiz, deformatsiya qilishingiz, rentgen strukturaviy tahlilini, elektron diffraktsiyasini o'rganishingiz va hokazolarni amalga oshirishingiz mumkin. Elektron tezlashtiruvchi kuchlanish 100 - 125 ga etadi. kV, bosqichma-bosqich sozlanishi va juda barqaror : 1-3 daqiqada u dastlabki qiymatdan 1-2 ppm ga o'zgaradi. Uning optik tizimida (ustunida) chuqur vakuum hosil bo'ladi (bosim 1·10 -6 mm Hg gacha). Sxema optik tizim TEM - 2-rasmda, b. Manbasi termion katod bo'lgan elektronlar nuri elektron tabancada hosil bo'ladi va keyin birinchi va ikkinchi kondensatorlar tomonidan ikki marta fokuslanadi, bu ob'ektda elektron "nuqta" hosil qiladi, uning diametri 1 dan o'zgarishi mumkin. 20 mikrongacha. Ob'ektdan o'tgandan so'ng, elektronlarning bir qismi tarqaladi va diafragma diafragma tomonidan kechiktiriladi. Tarqalmagan elektronlar diafragma orqali o'tadi va oraliq linzaning ob'ekt tekisligidagi linza tomonidan fokuslanadi. Bu erda birinchi kattalashtirilgan tasvir hosil bo'ladi. Keyingi linzalar ikkinchi, uchinchi va hokazo tasvirni yaratadi. Oxirgi linza floresan ekranda tasvir hosil qiladi, u elektronlar ta'sirida porlaydi
|
Guruch. 2 a. TEM: 1 - elektron qurol; 2 – kondensator linzalari; 3 - ob'ektiv; 4 – proyeksiyalovchi linzalar; 5 – ekranda kuzatilayotgan tasvirni yanada kattalashtiradigan yorug‘lik mikroskopi: 6 – tasvirni kuzatish mumkin bo‘lgan ko‘rish oynalari bo‘lgan naycha; 7 – yuqori voltli kabel; 8 – vakuum-aqlli tizim; 9 – boshqaruv paneli; 10 - stend; 11 – yuqori kuchlanishli elektr ta’minoti; 12 - ob'ektiv quvvat manbai. |
Guruch. |
TEM kattalashtirish barcha linzalarning kattalashtirish mahsulotiga teng. Ob'ektning turli nuqtalarida elektronning tarqalish darajasi va tabiati bir xil emas, chunki ob'ektning qalinligi, zichligi va kimyoviy tarkibi nuqtadan nuqtaga o'zgaradi. Shunga ko'ra, ob'ektning turli nuqtalaridan o'tgandan so'ng diafragma tomonidan ushlab turilgan elektronlar soni o'zgaradi va natijada ekrandagi yorug'lik kontrastiga aylanadigan tasvirdagi oqim zichligi o'zgaradi. Ekran ostida fotografik lavhalar bilan jurnal joylashgan. Suratga olishda ekran chiqariladi va elektronlar emulsiya qatlamiga ta'sir qiladi. Tasvir linzaning magnit maydonini qo'zg'atadigan oqimni o'zgartirish orqali qaratilgan. Boshqa linzalarning oqimlari TEMning kattalashishini o'zgartirish uchun o'rnatiladi.
3. Tezlashtiruvchi kuchlanish kuchaygan TEM(200 kV gacha) an'anaviy TEMlarga qaraganda qalinroq ob'ektlarni (2 - 3 baravar qalin) o'rganish uchun mo'ljallangan. Ularning o'lchamlari 3 - 5 Å ga etadi. Ushbu qurilmalar elektron qurolning dizaynida farqlanadi: elektr quvvati va barqarorligini ta'minlash uchun u ikkita anodga ega, ulardan biri tezlashtiruvchi kuchlanishning yarmi bo'lgan oraliq potentsial bilan ta'minlangan. Linzalarning magnetomotor kuchi 100 kV tezlashtiruvchi kuchlanishli TEMga qaraganda kattaroqdir va linzalarning o'zlari o'lchamlari va og'irligiga ega.
4. Ultra yuqori kuchlanishli elektron mikroskoplar(SVEM) - balandligi 5 dan 15 m gacha bo'lgan, 0,50 - 0,65 tezlashtiruvchi kuchlanishli katta o'lchamli qurilmalar (3-rasm); 1 – 1,5 va 3,5 MV.
Ular uchun maxsus binolar qurilmoqda. SVEMlar qalinligi 1 dan 10 mikrongacha bo'lgan ob'ektlarni o'rganish uchun mo'ljallangan. Elektronlar bosim ostida elektr izolyatsion gaz bilan to'ldirilgan tankda joylashgan elektrostatik tezlatgichda (to'g'ridan-to'g'ri tezlatgich deb ataladi) tezlashadi. Xuddi shu yoki qo'shimcha tankda yuqori kuchlanishli stabillashtirilgan quvvat manbai mavjud. Kelajakda - elektronlar 5 - 10 MeV energiyagacha tezlashtirilgan chiziqli tezlatgichli TEMni yaratish. Yupqa ob'ektlarni o'rganishda PC SVEM TEM dan past bo'ladi. Qalin ob'ektlar bo'lsa, PC SVEM 100 kV tezlashtiruvchi kuchlanish bilan PC TEM dan 10-20 baravar ustundir. Agar namuna amorf bo'lsa, elektron tasvirning kontrasti namuna materialining qalinligi va yutilish koeffitsienti bilan belgilanadi, bu, masalan, plastmassa yoki uglerod nusxalari yordamida sirt morfologiyasini o'rganishda kuzatiladi. Kristallarda qo'shimcha ravishda elektron difraksiyasi sodir bo'ladi, bu esa kristalning tuzilishini aniqlash imkonini beradi.
IN
4-rasm. Yorqin maydon uchun diafragma D holati ( A) va qorong'u maydon ( b) tasvirlar: P - uzatilgan nur; D- diffraktsiyali nur; Arr - namuna; I - elektron qurol
tasvir uzatilgan nur P, difraksion nur tomonidan hosil bo'ladi D diafragma D bilan kesiladi (4-rasm, A), bu yorqin maydon tasviri;
diafragma diafragma D difraksiyaga imkon beradi D nur, uzatilgan P ni kesib, bu qorong'u maydon tasviridir (4-rasm, b);
diffraktsiya naqshini olish uchun ob'ektiv linzaning orqa fokus tekisligi mikroskop ekraniga qaratilgan (4-rasm). Keyin ekranda namunaning transilluminatsiyalangan maydonidan diffraktsiya naqshlari kuzatiladi.
Ob'ektivning orqa fokus tekisligida tasvirni kuzatish uchun diafragma diafragmasi o'rnatiladi, buning natijasida tasvirni tashkil etuvchi nurlarning diafragmasi kamayadi va piksellar sonini oshiradi. Xuddi shu diafragma kuzatuv rejimini tanlash uchun ishlatiladi (2 va 5-rasmga qarang).
5-rasm. Mikrodiffraktsiya rejimida TEMda nur yo'li D - diafragma; Va - elektronlar manbai; Arr - namuna; E - ekran; 1 - kondensator, 2 - ob'ektiv, 3 - oraliq, 4 - proyeksiya linzalari
to'lqin uzunligi TEMda ishlatiladigan kuchlanishlarda taxminan 1∙10 -3 nm, ya'ni kristall panjara konstantasidan ancha past. A, shuning uchun difraksiyalangan nur faqat kichik burchaklarda tarqalishi mumkin θ o'tayotgan nurga (
). Kristaldan diffraktsiya naqshlari alohida nuqtalar (akslar) to'plamidir. TEMda, elektron diffraktsiya skaneridan farqli o'laroq, ob'ektga ulashgan tekislikdagi diafragma yordamida ob'ektning kichik maydonidan diffraktsiya naqshini olish mumkin. Hududning o'lchami taxminan (1 × 1) mkm 2 bo'lishi mumkin. Oraliq linzaning optik quvvatini o'zgartirib, tasvirni kuzatish rejimidan diffraktsiya rejimiga o'tishingiz mumkin. ELEKTRON MIKROSKOP
ularni yoritish uchun elektronlar yordamida ob'ektlarning yuqori darajada kattalashtirilgan tasvirlarini olish imkonini beruvchi qurilma. Elektron mikroskop (EM) yorug'lik (optik) mikroskop bilan hal qilish uchun juda kichik bo'lgan tafsilotlarni ko'rish imkonini beradi. EM materiya tuzilishini fundamental ilmiy tadqiqotlar uchun eng muhim vositalardan biri hisoblanadi, ayniqsa biologiya va fizika kabi fan sohalarida. qattiq. EM ning uchta asosiy turi mavjud. 1930-yillarda anʼanaviy transmissiya elektron mikroskop (CTEM), 1950-yillarda rastr (skanerlash) elektron mikroskop (SEM), 1980-yillarda esa skanerli tunnel mikroskopi (RTM) ixtiro qilindi. Ushbu uch turdagi mikroskoplar har xil turdagi struktura va materiallarni o'rganishda bir-birini to'ldiradi.
AN'ZIY O'TKAZISH ELEKTRON MIKROSKOPI
OPEM ko'p jihatdan yorug'lik mikroskopiga o'xshaydi, MICROSCOPE qarang, lekin u namunalarni yoritish uchun yorug'likdan ko'ra elektronlar nuridan foydalanadi. Unda elektron yorug'lik nuri (pastga qarang), bir qator kondensator linzalari, ob'ektiv linzalar va okulyarga mos keladigan, lekin haqiqiy tasvirni lyuminestsent ekranga yoki fotografik plastinkaga proyeksiyalovchi proyeksiya tizimi mavjud. Elektron manbai odatda qizdirilgan volfram yoki lantan geksaboridi katodidir. Katod qurilmaning qolgan qismidan elektr izolyatsiya qilingan va elektronlar kuchli elektr maydoni tomonidan tezlashtirilgan. Bunday maydonni yaratish uchun katod boshqa elektrodlarga nisbatan taxminan -100 000 V potentsialda saqlanadi, ular elektronlarni tor nurga qaratadi. Qurilmaning bu qismi elektron spotlight deb ataladi (qarang: ELEKTRON GUN). Elektronlar modda tomonidan kuchli sochilganligi sababli, elektronlar harakatlanadigan mikroskop ustunida vakuum bo'lishi kerak. Bu erda bosim atmosfera bosimining milliarddan biridan oshmaydigan darajada saqlanadi.
Elektron optika. Elektron tasvir xuddi yorug'lik tasviri optik linzalar tomonidan yaratilgani kabi elektr va magnit maydonlar tomonidan hosil bo'ladi. Magnit linzalarning ishlash printsipi diagrammada tasvirlangan (1-rasm). Oqim o'tkazuvchi lasanning burilishlari natijasida hosil bo'lgan magnit maydon birlashtiruvchi linza sifatida ishlaydi, uning fokus uzunligi oqimni o'zgartirish orqali o'zgartirilishi mumkin. Bunday linzaning optik kuchi, ya'ni. elektronlarni fokuslash qobiliyati kuchlanishga bog'liq magnit maydon eksa yaqinida, uni oshirish uchun magnit maydonni eng kichik hajmda to'plash maqsadga muvofiqdir. Amalda, bu lasanning deyarli to'liq maxsus nikel-kobalt qotishmasidan yasalgan magnit "zirh" bilan qoplanganligi va uning ichki qismida faqat tor bo'shliqni qoldirishi bilan erishiladi. Shu tarzda yaratilgan magnit maydon Yerning yer yuzasidagi magnit maydonidan 10-100 ming marta kuchliroq bo'lishi mumkin.
OPEM diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2. Kondenser linzalari seriyasi (faqat oxirgisi ko'rsatilgan) elektron nurni namunaga qaratadi. Odatda, birinchisi elektron manbaning kattalashtirilmagan tasvirini yaratadi, ikkinchisi esa namunadagi yoritilgan maydon hajmini nazorat qiladi. Oxirgi kondensator linzasining diafragmasi ob'ekt tekisligidagi nurning kengligini aniqlaydi. Namuna yuqori optik quvvatga ega bo'lgan ob'ektiv linzalarning magnit maydoniga joylashtiriladi - OPEMning eng muhim linzalari, bu qurilmaning maksimal mumkin bo'lgan ruxsatini aniqlaydi. Ob'ektiv linzalarning aberrasiyalari xuddi kamerada bo'lgani kabi, uning diafragma bilan chegaralanadi yorug'lik mikroskopi. Ob'ektiv ob'ektiv ob'ektning kattalashtirilgan tasvirini hosil qiladi (odatda 100 ga yaqin kattalashtirish); oraliq va proyeksiya linzalari tomonidan kiritilgan qo'shimcha kattalashtirish 10 dan bir oz kamroq 1000 dan bir oz ko'proq. Shunday qilib, zamonaviy OPEMlarda olinishi mumkin bo'lgan kattalashtirish 1000 dan 1 000 000 gacha ELEKTRON MIKROSKOP (Million marta kattalashtirishda grapefru Yer kattaligigacha oʻsadi.) Oʻrganilayotgan obʼyekt odatda juda nozik to'r, maxsus ushlagichga joylashtirilgan. Egasi mexanik yoki bo'lishi mumkin elektr bilan silliq yuqoriga va pastga, chapga va o'ngga harakatlaning.
Rasm. OPEMdagi kontrast elektron nurlar namunadan o'tganda elektronning tarqalishi bilan bog'liq. Agar namuna etarlicha yupqa bo'lsa, tarqoq elektronlarning ulushi kichikdir. Namunadan elektronlar oʻtganda ularning bir qismi namuna atomlarining yadrolari bilan toʻqnashuv natijasida, boshqalari atomlarning elektronlari bilan toʻqnashganda, yana bir qismi esa sochilmasdan oʻtib ketadi. Namunaning har qanday hududida tarqalish darajasi ushbu mintaqadagi namunaning qalinligiga, uning zichligiga va ma'lum bir nuqtadagi o'rtacha atom massasiga (protonlar soni) bog'liq. Muayyan chegaradan oshib ketadigan burchak og'ishi bilan diafragmani tark etgan elektronlar endi tasvirni olib yuruvchi nurga qaytib kela olmaydi va shuning uchun tasvirda zichligi oshgan, qalinlashgan va og'ir atomlarning joylashishi yuqori darajada tarqaladigan joylar yorug'likdagi qorong'u zonalar sifatida namoyon bo'ladi. fon. Bunday tasvir yorqin maydon deb ataladi, chunki unda atrofdagi maydon ob'ektdan yorqinroq. Ammo elektr burilish tizimi faqat tarqoq elektronlarning bir qismini linza diafragmasiga o'tishiga imkon berishiga ishonch hosil qilish mumkin. Keyin namuna ochiq ko'rinadi qorong'u maydon. Ko'pincha qorong'u maydon rejimida zaif tarqaladigan ob'ektni ko'rish qulayroqdir. Yakuniy kengaytirilgan elektron tasvir elektron bombardimon ostida porlayotgan lyuminestsent ekran orqali ko'rinadigan tasvirga aylantiriladi. Odatda past kontrastli bu tasvir odatda binokulyar yorug'lik mikroskopi orqali ko'riladi. Xuddi shu yorqinlikda, 10 ga kattalashtirishga ega bunday mikroskop yalang'och ko'z bilan kuzatilganidan 10 baravar kattaroq bo'lgan retinada tasvirni yaratishi mumkin. Ba'zan zaif tasvirning yorqinligini oshirish uchun elektron-optik konvertorli fosforli ekran ishlatiladi. Bunday holda, yakuniy tasvir oddiy televizor ekranida ko'rsatilishi mumkin, bu uni videotasmaga yozib olish imkonini beradi. Videoyozuv vaqt o'tishi bilan o'zgaruvchan tasvirlarni yozish uchun ishlatiladi, masalan, oqimi tufayli kimyoviy reaksiya. Ko'pincha, yakuniy tasvir fotografik plyonka yoki fotografik plastinkaga yoziladi. Fotografik plastinka odatda yalang'och ko'z bilan ko'rilgan yoki videotasmaga yozilganidan ko'ra aniqroq tasvirni ishlab chiqaradi, chunki fotografik materiallar, umuman olganda, elektronlarni samaraliroq yozib oladi. Bundan tashqari, fotoplyonkaning birlik maydoniga videotasmaning birlik maydoniga qaraganda 100 baravar ko'proq signal yozilishi mumkin. Buning yordamida fotografik plyonkaga yozib olingan tasvirni tiniqlikni yo'qotmasdan taxminan 10 marta kattalashtirish mumkin.
Ruxsat. Elektron nurlar yorug'lik nurlarinikiga o'xshash xususiyatlarga ega. Xususan, har bir elektron ma'lum bir to'lqin uzunligi bilan tavsiflanadi. EM ning o'lchamlari elektronlarning samarali to'lqin uzunligi bilan belgilanadi. To'lqin uzunligi elektronlarning tezligiga, shuning uchun tezlashtiruvchi kuchlanishga bog'liq; Tezlashtiruvchi kuchlanish qanchalik baland bo'lsa, elektronlarning tezligi shunchalik yuqori bo'ladi va to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi, ya'ni piksellar soni shunchalik yuqori bo'ladi. Rezolyutsiyada EM ning bunday muhim afzalligi elektronlarning to'lqin uzunligi yorug'lik to'lqin uzunligidan ancha qisqaroq ekanligi bilan izohlanadi. Ammo elektron linzalar optik linzalar kabi fokuslanmaganligi sababli (yaxshi elektron linzalarning raqamli diafragma atigi 0,09 ga teng, yaxshi optik linzalar uchun bu qiymat 0,95 ga etadi), EM ning o'lchamlari 50-100 elektron to'lqin uzunligiga teng. Bunday zaif linzalar bilan ham, elektron mikroskop taxminan piksellar soniga erishishi mumkin. 0,17 nm, bu kristallardagi alohida atomlarni ajratish imkonini beradi. Ushbu tartibni hal qilish uchun asbobni juda ehtiyotkorlik bilan sozlash kerak; ayniqsa, talab katta barqaror manbalar quvvat manbai va qurilmaning o'zi (balandligi taxminan 2,5 m va og'irligi bir necha tonna bo'lishi mumkin) va uning ixtiyoriy uskunalar tebranishlarni bartaraf etadigan o'rnatishni talab qiladi.
RASTER ELEKTRON MIKROSKOP
Ilmiy tadqiqotlar uchun muhim vositaga aylangan SEM OPEMga yaxshi qo'shimcha bo'lib xizmat qiladi. SEMlar elektron nurni juda kichik nuqtaga qaratish uchun elektron linzalardan foydalanadi. SEMni undagi nuqta diametri 0,2 nm dan oshmasligi uchun sozlash mumkin, lekin, qoida tariqasida, u bir necha yoki o'nlab nanometrlarni tashkil qiladi. Bu nuqta televizor trubkasi ekrani atrofida aylanib yuradigan nurga o'xshash namunaning ma'lum bir maydoni atrofida doimiy ravishda ishlaydi. Ob'ektni nurli elektronlar bilan bombardimon qilganda hosil bo'lgan elektr signali televizion kineskop yoki katod nurlari trubkasi (CRT) ekranida tasvirni yaratish uchun ishlatiladi, uni skanerlash elektron nurlar burilish tizimi bilan sinxronlashtiriladi (3-rasm). . Oshirish Ushbu holatda ekrandagi tasvir o'lchamining namunadagi nur bilan qoplangan maydon hajmiga nisbati sifatida tushuniladi. Bu o'sish 10 dan 10 milliongacha.
Fokuslangan nurli elektronlarning namuna atomlari bilan o'zaro ta'siri nafaqat OPEMda tasvirlarni olish uchun ishlatiladigan ularning tarqalishiga, balki rentgen nurlarining qo'zg'alishiga, ko'rinadigan yorug'lik chiqishiga va ikkilamchi elektronlarning emissiyasiga olib kelishi mumkin. Bunga qo'shimcha ravishda, SEM faqat namuna oldida fokusli linzalarga ega bo'lganligi sababli, u "qalin" namunalarni tekshirish imkonini beradi.
Reflektor SEM. Reflektiv SEM massiv namunalarni o'rganish uchun mo'ljallangan. Yozish paytida paydo bo'ladigan kontrast aks etganligi sababli, ya'ni. orqaga tarqalgan va ikkilamchi elektronlar asosan namunadagi elektronlarning tushish burchagi bilan bog'liq bo'lib, tasvirda sirt tuzilishi ochiladi. (Orqaga tarqalishning intensivligi va uning yuzaga keladigan chuqurligi tushayotgan nurdagi elektronlarning energiyasiga bog'liq. Ikkilamchi elektronlarning emissiyasi asosan namunaning sirt tarkibi va elektr o'tkazuvchanligi bilan belgilanadi.) Bu ikkala signal ham ma'lumotni olib yuradi. namunaning umumiy xususiyatlari haqida. Elektron nurning past konvergentsiyasi tufayli yorug'lik mikroskopi bilan ishlashga qaraganda ancha katta chuqurlikdagi kuzatishlar olib borish va juda rivojlangan rel'efga ega bo'lgan sirtlarning ajoyib hajmli mikrografiyalarini olish mumkin. Namuna tomonidan chiqarilgan rentgen nurlanishini qayd etish orqali relef ma'lumotlariga qo'shimcha ravishda namunaning kimyoviy tarkibi haqida ma'lumot olish mumkin. sirt qatlami chuqurlik ELEKTRON MIKROSKOP 0,001 mm. Sirtdagi materialning tarkibi, shuningdek, ma'lum elektronlar chiqariladigan o'lchangan energiya bilan ham baholanishi mumkin. SEM bilan ishlashning barcha qiyinchiliklari asosan uning yozib olish va elektron vizualizatsiya tizimlari bilan bog'liq. bilan qurilmada to'liq kompleks detektorlar, barcha SEM funktsiyalari bilan bir qatorda, elektron prob mikroanalizatorining ishlash rejimi ta'minlanadi.
Skanerli uzatuvchi elektron mikroskop. Skanerli transmissiya elektron mikroskopi (RTEM) hisoblanadi maxsus turdagi SEM. U OPEMda o'rganilganlar kabi nozik namunalar uchun mo'ljallangan. RPEM diagrammasi rasmdagi diagrammadan farq qiladi. 3 faqat namuna ustida joylashgan detektorlarga ega emasligi bilan bog'liq. Tasvir harakatlanuvchi nur (tadqiq qilinayotgan butun namuna maydonini yorituvchi nur o'rniga) hosil qilganligi sababli, tasvirni maqbul vaqt ichida yozib olish uchun yuqori intensivlikdagi elektron manba talab qilinadi. Yuqori aniqlikdagi RTEMlar yuqori yorqinlikdagi maydon emitentlaridan foydalanadi. Bunday elektron manbada juda kuchli elektr maydoni(taxminan V/sm) juda kichik diametrli volfram simining sirtiga yaqin, o'tkirlash yo'li bilan. Bu maydon hech qanday issiqliksiz milliardlab elektronlarni simdan tortib oladi. Bunday manbaning yorqinligi qizdirilgan volfram simli manbadan deyarli 10 000 marta kattaroqdir (yuqoriga qarang) va u tomonidan chiqarilgan elektronlar diametri 1 nm dan kam bo'lgan nurga qaratilishi mumkin. Hatto diametri 0,2 nm ga yaqin bo'lgan nurlar ham olingan. Dala elektron manbalari faqat ultra yuqori vakuum sharoitida (Pa dan past bosimlarda) ishlashi mumkin, bunda uglevodorod bug'lari va suv kabi ifloslantiruvchi moddalar butunlay yo'q va yuqori aniqlikdagi tasvirni olish mumkin bo'ladi. Bunday o'ta toza sharoitlar tufayli EM uchun mavjud bo'lmagan jarayonlar va hodisalarni an'anaviy usullar bilan o'rganish mumkin. vakuum tizimlari. RPEM tadqiqotlari ultra yupqa namunalarda olib boriladi. Elektronlar bunday namunalar orqali deyarli sochilmasdan o'tadi. Bir necha darajadan ortiq burchak ostida sekinlashmasdan sochilgan elektronlar namuna ostida joylashgan halqa elektrodga urilganda qayd etiladi (3-rasm). Ushbu elektroddan olingan signal elektronlar o'tadigan mintaqadagi atomlarning atom raqamiga juda bog'liq - og'irroq atomlar engilroq atomlarga qaraganda detektor tomon ko'proq elektronlarni sochadi. Agar elektron nur diametri 0,5 nm dan kam bo'lgan nuqtaga qaratilgan bo'lsa, alohida atomlarni tasvirlash mumkin. Aslida, alohida atomlarni bilan farqlash mumkin atom massasi temir (ya'ni 26 yoki undan ko'p). Namunada sochilishga uchramagan elektronlar, shuningdek namuna bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida sekinlashgan elektronlar halqa detektorining teshigiga o'tadi. Ushbu detektor ostida joylashgan energiya analizatori birinchisini ikkinchisidan ajratish imkonini beradi. Tarqalish paytida elektronlar tomonidan yo'qolgan energiyani o'lchash orqali olish mumkin muhim ma'lumotlar namuna haqida. Rentgen nurlanishining qo'zg'alishi yoki namunadagi ikkilamchi elektronlarning chiqarilishi bilan bog'liq energiya yo'qotishlari hukm qilish imkonini beradi. kimyoviy xossalari elektron nur o'tadigan hududdagi moddalar.
RASTER TUNNEL MIKROSKOPI
Yuqorida muhokama qilingan EM'lar elektronlarni fokuslash uchun magnit linzalardan foydalanadi. Ushbu bo'lim linzalarsiz EMga bag'ishlangan. Ammo skanerlash tunnel mikroskopiga (RTM) o'tishdan oldin, prognoz qilingan soya tasvirini yaratadigan ikkita eski turdagi linzasiz mikroskoplarga qisqacha qarash foydali bo'ladi.
Avtoelektron va avtomatik ionli proyektorlar. RPEM da qoʻllaniladigan dala elektron manbasi 1950-yillarning boshidan buyon soya proyektorlarida qoʻllanila boshlandi. Dala emissiya proyektorida juda kichik diametrli uchidan maydon emissiyasi orqali chiqarilgan elektronlar uchidan bir necha santimetr uzoqlikda joylashgan lyuminestsent ekranga qarab tezlashadi. Natijada, ekranda uchi yuzasi va bu sirtda joylashgan zarrachalarning proektsiyalangan tasviri kattalashtirish bilan paydo bo'ladi, nisbatga teng ekran radiusini uchi radiusiga (tartibi). Yuqori aniqlikka dala ioni proyektorida erishiladi, bunda tasvir geliy ionlari (yoki baʼzi boshqa elementlar) yordamida proyeksiyalanadi, ularning samarali toʻlqin uzunligi elektronnikidan qisqaroqdir. Bu uchi materialning kristall panjarasidagi atomlarning haqiqiy joylashishini ko'rsatadigan tasvirlarni ishlab chiqaradi. Shuning uchun dala ion proyektorlari, xususan, kristall strukturasini va bunday maslahatlar tayyorlanishi mumkin bo'lgan materiallarda uning nuqsonlarini o'rganish uchun ishlatiladi.
Skanerli tunnel mikroskopi (RTM). Ushbu mikroskop elektronlarni ta'minlash uchun kichik diametrli metall uchidan ham foydalanadi. Elektr maydoni uchi va namuna yuzasi orasidagi bo'shliqda hosil bo'ladi. Maydon tomonidan uchidan vaqt birligida tortib olinadigan elektronlar soni (tunnel oqimi) uchi va namuna yuzasi orasidagi masofaga bog'liq (amalda bu masofa 1 nm dan kam). Maslahat sirt bo'ylab harakatlanayotganda, oqim modulyatsiyalanadi. Bu sizga namunaning sirt topografiyasi bilan bog'liq tasvirni olish imkonini beradi. Agar uchi bitta atomda tugasa, u holda atomni atomga o'tkazish orqali sirtning tasvirini hosil qilish mumkin. RTM faqat uchidan sirtgacha bo'lgan masofa doimiy bo'lganda va uchi atom o'lchamlarigacha aniqlik bilan harakatlanishi mumkin bo'lgan sharoitda ishlashi mumkin. Mikroskopning qattiq dizayni va kichik o'lchamlari (mushtdan katta bo'lmagan), shuningdek, ko'p qatlamli kauchuk amortizatorlardan foydalanish tufayli tebranishlar bostiriladi. Yuqori aniqlik tashqi ta'sir ostida cho'ziladigan va qisqaradigan piezoelektrik materiallar bilan ta'minlash elektr maydoni. 10-5 V tartibli kuchlanishni qo'llash orqali bunday materiallarning o'lchamlarini 0,1 nm yoki undan kamroq o'zgartirish mumkin. Bu uchini piezoelektrik materialdan yasalgan elementga biriktirib, uni atom o'lchamlari tartibining aniqligi bilan uchta o'zaro perpendikulyar yo'nalishda siljitish imkonini beradi.
ELEKTRON MIKROSKOPYA TEXNIKASI
Biologiya va materialshunoslik sohasida transmissiya elektron mikroskopiyadan (TEM) foydalanmaydigan tadqiqot sohasi deyarli yo'q; bu namuna tayyorlash texnikasidagi yutuqlar bilan ta'minlanadi. Elektron mikroskopiyada qo'llaniladigan barcha usullar juda yupqa namunani olishga va u bilan tayanch sifatida zarur bo'lgan substrat o'rtasida maksimal kontrastni ta'minlashga qaratilgan. Asosiy texnika qalinligi 2-200 nm bo'lgan namunalar uchun mo'ljallangan, ingichka plastmassa yoki uglerod plyonkalari bilan qo'llab-quvvatlanadi, ular taxminan to'r o'lchamiga ega bo'lgan panjara ustiga joylashtiriladi. 0,05 mm. (Подходящий образец, каким бы способом он ни был получен, обрабатывается так, чтобы увеличить интенсивность рассеяния электронов на исследуемом объекте.) Если контраст достаточно велик, то глаз наблюдателя может без напряжения различить детали, находящиеся на расстоянии 0,1-0,2 мм bir biridan. Shunday qilib, namunadagi 1 nm masofa bilan ajratilgan detallar elektron mikroskop yordamida yaratilgan tasvirda ajralib turishi uchun eng yaxshi mikroskoplar tasvirni yaratishi mumkin bo'lgan 100-200 ming bunday kattalashtirish bilan fotografik plastinkada namuna, lekin ayni paytda ko'rsatilgan maydon juda kichik. Odatda mikrografiya pastroq kattalashtirishda olinadi va keyin fotografik jihatdan kattalashtiriladi. Fotografik plastinka taxminan 10 sm uzunlikda hal qiladi. 10 000 qator. Agar namunadagi har bir chiziq uzunligi 0,5 nm bo'lgan ma'lum bir tuzilishga to'g'ri keladigan bo'lsa, unda bunday tuzilmani ro'yxatdan o'tkazish uchun kamida 20 000 kattalashtirish kerak bo'ladi, SEM va RPEM yordamida tasvirni yozib olinadi. elektron tizim va televizor ekranida ko'rsatiladi, faqat OK. 1000 qator. Shunday qilib, televizor monitoridan foydalanganda minimal talab qilinadigan kattalashtirish suratga olishdan taxminan 10 baravar yuqori.
Biologik preparatlar. Elektron mikroskopiya biologik va tibbiy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi. OPEM va RPEMda tadqiqot qilish uchun to'qimalarning ingichka qismlarini mahkamlash, joylashtirish va olish usullari va SEMda hajmli namunalarni o'rganish uchun fiksatsiya texnikasi ishlab chiqilgan. Ushbu usullar hujayra tuzilishini makromolekulyar darajada o'rganish imkonini beradi. Elektron mikroskopiya yordamida hujayraning tarkibiy qismlari va hujayrani tashkil etuvchi membranalar, mitoxondriyalar, endoplazmatik retikulum, ribosomalar va boshqa ko'plab organellalarning strukturaviy tafsilotlari aniqlandi. Namuna avval glutaraldegid yoki boshqa fiksatorlar bilan mahkamlanadi, so'ngra suvsizlanadi va plastmassaga o'rnatiladi. Kriyofiksatsiya usullari (juda past - kriogen - haroratlarda fiksatsiya) kimyoviy biriktiruvchi moddalardan foydalanmasdan tuzilish va tarkibni saqlab qolish imkonini beradi. Bundan tashqari, kriyojenik usullar muzlatilgan biologik namunalarni suvsizlanishsiz tasvirlash imkonini beradi. Jilolangan olmos yoki maydalangan shishadan yasalgan pichoqli ultramikrotomlardan foydalanib, qalinligi 30-40 nm bo'lgan to'qima bo'laklarini yasash mumkin. O'rnatilgan gistologik preparatlar alohida komponentlar yoki tuzilmalarning kontrastini kuchaytirish uchun og'ir metallar (qo'rg'oshin, osmiy, oltin, volfram, uran) birikmalari bilan bo'yalgan bo'lishi mumkin.
Biologik tadqiqotlar yorug'lik mikroskoplari tomonidan hal etilmaydigan mikroorganizmlar, ayniqsa viruslar uchun kengaytirildi. TEM, masalan, bakteriofaglarning tuzilmalarini va viruslarning oqsil qobig'idagi subbirliklarning joylashishini aniqlashga imkon berdi. Bundan tashqari, ijobiy va salbiy bo'yash usullari boshqa bir qator muhim biologik mikrostrukturalarda subbirliklar bilan strukturani ochib berishga muvaffaq bo'ldi. Kontrastni kuchaytirish usullari nuklein kislotalar bir va ikki zanjirli DNKni kuzatish imkonini berdi. Bu uzun chiziqli molekulalar asosiy oqsil qatlamiga tarqaladi va ustiga joylashtiriladi yupqa plyonka. Keyin namuna vakuum bilan juda püskürtülür yupqa qatlam og'ir metall. Ushbu og'ir metal qatlami namunani "soya qiladi", buning natijasida ikkinchisi, OPEM yoki RPEMda kuzatilganda, go'yo metall yotqizilgan tomondan yoritilgandek ko'rinadi. Agar siz cho'kish paytida namunani aylantirsangiz, metall har tomondan zarrachalar atrofida teng ravishda to'planadi (qor to'pi kabi).
Biologik bo'lmagan materiallar. TEM yupqa kristallar va ular orasidagi chegaralarni o'rganish uchun materiallar tadqiqotida qo'llaniladi turli materiallar. Interfeysning yuqori aniqlikdagi tasvirini olish uchun namuna plastmassa bilan to'ldiriladi, namuna interfeysga perpendikulyar ravishda kesiladi, so'ngra interfeys o'tkir chetida ko'rinadigan tarzda yupqalashtiriladi. Kristal panjara elektronlarni ma'lum yo'nalishlarda kuchli sochadi va diffraktsiya naqshini hosil qiladi. Kristalli namunaning tasviri asosan ushbu naqsh bilan aniqlanadi; kontrast kristall panjaraning yo'nalishi, qalinligi va mukammalligiga juda bog'liq. Rasmdagi kontrastning o'zgarishi kristall panjara va uning kamchiliklarini atom miqyosida o'rganish imkonini beradi. Bu holda olingan ma'lumotlar ommaviy namunalarning rentgenologik tahlili bilan ta'minlangan ma'lumotlarni to'ldiradi, chunki EM dislokatsiyalarni, stacking nosozliklarini va don chegaralarini barcha tafsilotlarda to'g'ridan-to'g'ri ko'rish imkonini beradi. Bundan tashqari, EM yordamida elektron diffraktsiya naqshlarini olish mumkin va namunaning tanlangan joylaridan diffraktsiya naqshlarini kuzatish mumkin. Ob'ektiv diafragma u orqali faqat bitta difraksiyalangan va tarqalmagan markaziy nur o'tishi uchun sozlangan bo'lsa, u holda bu difraksion nurni hosil qiluvchi kristall tekisliklarning ma'lum bir tizimining tasvirini olish mumkin. Zamonaviy qurilmalar 0,1 nm panjara davrlarini hal qilish imkonini beradi. Kristallarni qorong'u maydon tasvirlari yordamida ham o'rganish mumkin, bunda markaziy nur bloklanadi, shunda tasvir bir yoki bir nechta diffraktsiyali nurlar tomonidan hosil bo'ladi. Bu usullarning barchasi ko'plab materiallarning tuzilishi haqida muhim ma'lumotlarni taqdim etdi va kristallar fizikasini va ularning xususiyatlarini sezilarli darajada aniqladi. Masalan, yupqa kichik o'lchamli kvazikristallarning kristall panjarasining TEM tasvirlarini ularning elektron difraksiya naqshlarini tahlil qilish bilan birgalikda tahlil qilish 1985 yilda beshinchi tartibli simmetriyaga ega bo'lgan materiallarni ochish imkonini berdi.
Yuqori kuchlanishli mikroskop. Hozirgi vaqtda sanoat OPEM va RPEM ning 300 dan 400 kV gacha tezlashtiruvchi kuchlanishli yuqori voltli versiyalarini ishlab chiqaradi. Bunday mikroskoplar past kuchlanishli qurilmalarga qaraganda yuqori penetratsion quvvatga ega va bu borada o'tmishda qurilgan 1 million voltli mikroskoplar kabi deyarli yaxshi. Zamonaviy yuqori voltli mikroskoplar juda ixcham va oddiy laboratoriya xonasiga o'rnatilishi mumkin. Ularning ortib borayotgan kirib borish kuchi qalinroq kristallardagi nuqsonlarni, ayniqsa nozik namunalar olish mumkin bo'lmagan narsalarni o'rganishda juda qimmatli xususiyatdir. Biologiyada ularning yuqori penetratsion qobiliyati butun hujayralarni kesmasdan o'rganish imkonini beradi. Bundan tashqari, bunday mikroskoplar yordamida qalin jismlarning uch o'lchamli tasvirini olish mumkin.
Past kuchlanishli mikroskop. Faqat bir necha yuz voltlik tezlashtiruvchi kuchlanishli SEMlar ham mavjud. Bunday past kuchlanishlarda ham elektron to'lqin uzunligi 0,1 nm dan kam, shuning uchun bu erda fazoviy o'lchamlari magnit linzalarning aberratsiyasi bilan ham cheklangan. Biroq, bunday past energiyaga ega bo'lgan elektronlar namuna yuzasiga sayoz ravishda kirib borishi sababli, tasvir hosil bo'lishida ishtirok etuvchi elektronlarning deyarli barchasi sirtga juda yaqin joylashgan hududdan keladi va shu bilan sirt relyefining aniqligini oshiradi. Past kuchlanishli SEMlar yordamida 1 nm dan kichikroq jismlarning qattiq yuzalarida tasvirlar olingan.
Radiatsiya shikastlanishi. Elektronlar ionlashtiruvchi nurlanish bo'lganligi sababli, EMdagi namuna doimo unga ta'sir qiladi. (Ushbu ta'sir SEMda ishlatiladigan ikkilamchi elektronlarni hosil qiladi.) Shunday qilib, namunalar har doim radiatsiyaviy zararga duchor bo'ladi. OPEMda mikrofotografni yozish paytida yupqa namuna tomonidan so'rilgan nurlanishning odatdagi dozasi to'liq bug'lanish uchun etarli bo'lgan energiyaga to'g'ri keladi. sovuq suv yuzasi 1 ga bo'lgan 4 m chuqurlikdagi hovuzdan. Namuna radiatsiya zarar kamaytirish uchun, foydalanish kerak turli usullar uni tayyorlash: rang berish, quyish, muzlatish. Bundan tashqari, standart texnikani qo'llashdan 100-1000 marta past bo'lgan elektron dozalarda tasvirni yozib olish va keyin uni kompyuter tasvirini qayta ishlash usullari yordamida yaxshilash mumkin.
TARIXIY MA'LUMOT
Elektron mikroskopning yaratilish tarixi mustaqil rivojlanayotgan fan va texnika sohalari olingan ma’lumotlarni almashish va kuchlarni birlashtirish orqali ilmiy tadqiqotlar uchun yangi qudratli vosita yaratishi mumkinligining ajoyib namunasidir. Klassik fizikaning cho'qqisi nazariya edi elektromagnit maydon, bu yorug'likning tarqalishini, elektr va magnit maydonlarning paydo bo'lishini, bu sohalarda zaryadlangan zarralarning harakatini tarqalish deb tushuntirdi. elektromagnit to'lqinlar. To'lqin optikasi yorug'lik mikroskopida diffraktsiya hodisasini, tasvir hosil bo'lish mexanizmini va aniqlikni belgilovchi omillar o'yinini aniq ko'rsatdi. Biz nazariy va eksperimental fizika sohasidagi yutuqlar uchun elektronning o'ziga xos xususiyatlariga ega bo'lgan kashfiyoti tufayli qarzdormiz. Rivojlanishning bu alohida va mustaqil ko'rinadigan yo'llari elektron optikaning asoslarini yaratishga olib keldi, uning eng muhim ilovalaridan biri 1930-yillarda EM ixtirosi edi. 1924 yilda Lui de Broyl tomonidan ilgari surilgan va 1927 yilda AQShda K. Devisson va L. Germer va Angliyada J. Tomson tomonidan eksperimental ravishda tasdiqlangan elektronning to'lqin tabiati haqidagi gipoteza bu imkoniyatning bevosita ishorasi bo'lishi mumkin. Bu to'lqin optikasi qonunlariga ko'ra EM qurish imkonini beradigan o'xshashlikni taklif qildi. X.Bush elektr va magnit maydonlardan foydalanib elektron tasvirlar hosil qilish mumkinligini aniqladi. 20-asrning dastlabki yigirma yilligida. zarur texnik shart-sharoitlar ham yaratildi. Elektron nurli osiloskopda ishlaydigan sanoat laboratoriyalari vakuum texnologiyasini, barqaror yuqori kuchlanish va oqim manbalarini va yaxshi elektron emitentlarni ishlab chiqardi. 1931-yilda R.Rudenberg uzatuvchi elektron mikroskop uchun patentga ariza berdi va 1932-yilda M.Knoll va E.Ruska elektronlarni fokuslash uchun magnit linzalardan foydalangan holda birinchi shunday mikroskopni qurdilar. Ushbu qurilma zamonaviy OPEMning salafi edi. (Ruska 1986 yil uchun fizika bo'yicha Nobel mukofotini qo'lga kiritish orqali uning sa'y-harakatlari uchun taqdirlandi.) 1938 yilda Ruska va B. fon Borries Germaniyada Siemens-Xalske uchun sanoat OPEM prototipini qurdilar; bu asbob oxir-oqibat 100 nm ruxsat olish imkonini berdi. Bir necha yil o'tgach, A. Prebus va J. Xiller Toronto universitetida (Kanada) birinchi yuqori aniqlikdagi OPEMni qurdilar. Keng imkoniyatlar OPEM deyarli darhol paydo bo'ldi. Uning sanoat ishlab chiqarish Germaniyadagi Siemens-Halske va AQShning RCA korporatsiyasi tomonidan bir vaqtning o'zida boshlangan. 1940-yillarning oxirida boshqa kompaniyalar bunday qurilmalarni ishlab chiqarishni boshladilar. Hozirgi shaklda SEM 1952 yilda Charlz Otli tomonidan ixtiro qilingan. To'g'ri, bunday qurilmaning dastlabki versiyalari 1930-yillarda Germaniyada Knoll va 1940-yillarda Zvorykin va uning RCA korporatsiyasidagi hamkasblari tomonidan qurilgan, ammo faqat Otley qurilmasi bir qator texnik yaxshilanishlar uchun asos bo'lib xizmat qilishi mumkin edi. 1960-yillarning o'rtalarida SEMning sanoat versiyasini ishlab chiqarishga joriy etish. Uch o'lchovli tasvir va elektron chiqish signaliga ega bo'lgan bunday ishlatish uchun qulay qurilma iste'molchilari doirasi eksponent ravishda kengaydi. Hozirgi vaqtda uchta qit'ada o'nlab sanoat ishlab chiqaruvchilari mavjud va o'n minglab bunday qurilmalar 1960-yillarda qalinroq namunalarni o'rganish uchun ishlab chiqilgan rivojlanish edi Frantsiyada G. Dupuy , 1970 yilda 3,5 million voltlik tezlashtiruvchi kuchlanishli qurilma G. Binnig va G. Rohrer tomonidan 1979 yilda ixtiro qilingan ushbu qurilma, dizayndagi juda oddiy, atomni ta'minlaydi sirtlarning o'lchamlari RTMni yaratish uchun Binnig va Rohrer (Ruska bilan bir vaqtda) fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.
Shuningdek qarang