Wprowadzenie do zasad obrazowania w transmisyjnej mikroskopii elektronowej
Konstrukcja transmisyjnego mikroskopu elektronowego składa się z dwóch części: główną częścią jest system oświetlenia, system obrazowania oraz studio obserwacyjne; część pomocnicza to układ podciśnieniowy i układ elektryczny.
1. System oświetlenia
System podzielony jest na dwie części: działo elektronowe i kondensator. Działo elektronowe składa się z żarnika (katody), siatki i anody. Żarnik grzejny emituje wiązkę elektronów. Po przyłożeniu napięcia do anody elektrony są przyspieszane. Różnica potencjałów między anodą a katodą to całkowite napięcie przyspieszające. Przyspieszone elektrony z energią są wyrzucane z otworów w płycie anodowej. Energia emitowanej wiązki elektronów jest powiązana z napięciem przyspieszającym, a siatka pełni rolę kontrolującą kształt wiązki elektronów. Wiązka elektronów ma pewien kąt rozbieżności. Po wyregulowaniu soczewki kondensora widać równoległą wiązkę elektronów o małym lub nawet zerowym kącie rozbieżności. Gęstość prądu (prąd wiązki) wiązki elektronów można regulować, regulując prąd soczewki kondensora.
Wielkość obszaru na próbce, który należy oświetlić, jest związana z powiększeniem. Im większe powiększenie, tym mniejszy oświetlany obszar. Dlatego do napromieniowania próbki wymagana jest drobniejsza wiązka elektronów. Rozmiar plamki wiązki elektronów bezpośrednio emitowanych przez działo elektronowe jest większy, a spójność jest również słaba. Aby efektywniej wykorzystać te elektrony i uzyskać oświetlające wiązki elektronów o wysokiej jasności i dobrej spójności, aby sprostać potrzebom transmisyjnych mikroskopów elektronowych przy różnych powiększeniach, wiązki elektronów emitowane przez działo elektronowe muszą być dalej zbieżne, aby zapewnić różne punkty wiązki. rozmiar. , w przybliżeniu równoległe wiązki oświetlające. Zadanie to jest zwykle realizowane przez dwie soczewki elektromagnetyczne zwane kondensorami. Na figurze C1 i C2 reprezentują odpowiednio pierwszy kondensator i drugi kondensator. C1 zwykle pozostaje takie samo, a jego rolą jest ustawienie przecięcia dział elektronowych w celu zmniejszenia rozmiaru obrazu o więcej niż rząd wielkości. Dodatkowo w układzie oświetleniowym zainstalowano urządzenie odchylające wiązkę elektronów, które w łatwy sposób może odchylać wiązkę elektronów w zakresie od 2 stopni do 3 stopni, aby oświetlić próbkę pod różnymi kątami nachylenia.
2. System obrazowania
System zawiera elektroniczne elementy optyczne, takie jak komora próbki, soczewka obiektywu, zwierciadło pośrednie, przesłona kontrastowa, przesłona dyfrakcyjna, soczewka projekcyjna itp. Komora próbki posiada mechanizm zapewniający, że podciśnienie korpusu głównego nie zostanie uszkodzone podczas częstych zmian próbki . Próbkę można przesuwać w kierunkach X i Y w celu znalezienia obserwowanej pozycji. Równoległa wiązka elektronów uzyskana przez zbieżną soczewkę napromieniowuje próbkę i przenosi informacje odzwierciedlające charakterystykę próbki po przejściu przez próbkę. Obraz elektroniczny powstaje pod działaniem soczewki obiektywu i przesłony kontrastowej, a następnie powiększany jest przez zwierciadło pośrednie i soczewkę projekcyjną. Ostateczny obraz elektroniczny uzyskuje się na ekranie fluorescencyjnym.
System oświetlenia zapewnia spójną oświetlającą wiązkę elektronów, która przenosi informacje strukturalne próbki po przejściu przez próbkę i rozchodzi się w różnych kierunkach (na przykład, gdy istnieje grupa ścian kryształu spełniająca równanie Bragga, można wygenerować 2 kąty w kierunek przecinający wiązkę padającą z ugiętą wiązką). Cele będą pochodzić z różnych części próbki o tym samym kierunku propagacji. Elektrony zbiegają się w jednym miejscu na tylnej płaszczyźnie ogniskowej, a elektrony przemieszczające się w różnych kierunkach tworzą odpowiednio różne punkty. Bezpośrednia wiązka o zerowym kącie rozproszenia zbiega się w ognisku obiektywu, tworząc punkt centralny. W ten sposób na tylnej płaszczyźnie ogniskowej obiektywu powstaje wzór dyfrakcyjny. Na płaszczyźnie obrazu obiektywu te wiązki elektronów łączą się w celu uzyskania spójnego obrazowania. Dzięki regulacji prądu soczewki soczewki pośredniej, płaszczyzna obiektu soczewki pośredniej i tylna płaszczyzna ogniskowania soczewki obiektywu pokrywają się, co można wyświetlić na ekranie fluorescencyjnym. Otrzymany powyżej wzór dyfrakcyjny może sprawić, że płaszczyzna obiektu soczewki pośredniej pokrywa się z płaszczyzną obrazu soczewki obiektywu, uzyskując w ten sposób obraz mikroskopowy. Dzięki współpracy dwóch zwierciadeł pośrednich długość i powiększenie kamery można regulować w większym zakresie.
3. Studio obserwacyjne
Obraz elektroniczny odbija się na ekranie fluorescencyjnym. Światło fluorescencyjne jest proporcjonalne do prądu wiązki elektronów. Do robienia zdjęć używaj suchej płytki elektronicznej zamiast ekranu fluorescencyjnego. Zdolność światłoczuła suchej płyty jest związana z jej długością fali.
4. System próżniowy
System próżniowy składa się z pompy mechanicznej, pompy dyfuzyjnej oleju, pompy jonowej, przyrządu do pomiaru próżni i rurociągu próżniowego. Jego zadaniem jest usuwanie gazu z tubusu obiektywu, tak aby stopień podciśnienia tuby obiektywu wynosił co najmniej 10-5 Torr, a najlepszy stopień podciśnienia mógł osiągnąć 10-9-10-10 Torr. Jeśli próżnia jest niska, zderzenia elektronów z cząsteczkami gazu mogą powodować rozpraszanie i wpływać na kontrast. Spowoduje również jonizację wysokiego napięcia między siatką elektronową a anodą, powodując wyładowanie między elektrodami. Gazy resztkowe mogą również powodować korozję włókna i zanieczyszczenie próbki.
5. System kontroli mocy
Niestabilność napięcia przyspieszającego i prądu magnetycznego soczewki może powodować poważną aberrację chromatyczną i zmniejszać rozdzielczość mikroskopu elektronowego. Dlatego stabilność napięcia przyspieszającego i prądu soczewki jest ważnym kryterium pomiaru wydajności mikroskopu elektronowego. Obwód TEM składa się głównie z następujących części: zasilacz wysokiego napięcia prądu stałego, zasilacz wzbudzenia obiektywu, zasilacz cewki odchylającej, zasilacz ogrzewania żarnika elektronowego, obwód sterujący układu próżniowego, zasilacz pompy próżniowej, napęd kamery i automatyczna ekspozycja okrążenie.
Ponadto wiele wysokowydajnych mikroskopów elektronowych jest wyposażonych w akcesoria skanujące, spektroskopię energii, spektroskopię strat energii elektronów.
