Mikroskop elektronowy w garażu. Mikroskopy cyfrowe Powiększenie mikroskopu elektronowego

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.

Archeologia technologiczna)
Niektóre mikroskopy elektronowe przywracają oprogramowanie układowe statku kosmicznego, inne wykonują inżynierię wsteczną 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-tych i 90-tych 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.
Kilka lat później fuzja przedsiębiorstw doprowadziła do całkowitego przekształcenia naszej firmy w większą, co spowodowało gruntowną przebudowę działów 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 procesie produkcyjnym i ulepszyć je - technologia nie stała w miejscu przez te 30 lat - i być może dodać kolejny warsztat.

I wtedy firma z całej siły uderza w ceglany mur. 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 przez nieistniejący już zespół projektowy, w przejętej firmie, w zamkniętym biurze, przy użyciu metod sprzed ery komputerowej, które nie są już stosowane.

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

MIKROSKOP ELEKTRONOWY- urządzenie do obserwacji i fotografowania wielokrotnie (do 10 6 razy) powiększonego obrazu obiektu, w którym zamiast promieni świetlnych wykorzystuje się promienie świetlne przyspieszane do dużych energii (30-1000 keV i więcej) w głębokich warunkach. Fiz. podstawy optyki korpuskularno-wiązkowej. Urządzenia zostały założone w latach 1827, 1834-35 (prawie sto lat przed pojawieniem się mikroskopii elektronowej) przez W. R. Hamiltona, który ustalił istnienie analogii pomiędzy przejściem promieni świetlnych w ośrodkach optycznie niejednorodnych a trajektoriami cząstek w polach siłowych . Możliwość stworzenia E. m. stała się oczywista po wysunięciu w 1924 r. hipotezy o falach de Broglie'a i technicznej. przesłanki stworzył H. Busch, który w 1926 r. badał właściwości skupiające pól osiowosymetrycznych i opracował pole magnetyczne. elektroniczny obiektyw. W 1928 r. M. Knoll i E. Ruska rozpoczęli tworzenie pierwszego magnesu. Transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i trzy lata później uzyskano obraz obiektu utworzonego przez wiązki elektronów. W kolejnych latach zbudowano pierwszą rastrową mikroskopię elektronową (SEM), działającą na zasadzie skanowania, czyli sekwencyjnego ruchu cienkiej wiązki elektronów (sondy) po obiekcie z punktu do punktu. K ser. Lata 60 SEM osiągnęły wysoką technologię. doskonałości i od tego czasu rozpoczęło się ich szerokie zastosowanie w nauce. badania. PEM mają najwyższy poziom rezolucja, przewyższając lekkie pod tym parametrem mikroskopy w kilku tysiąc razy. Granica rozdzielczości, charakteryzująca zdolność urządzenia do oddzielnego obrazowania dwóch maksymalnie blisko siebie oddalonych szczegółów obiektu, dla TEM wynosi 0,15-0,3 HM, czyli osiąga poziom umożliwiający obserwację struktury atomowej i molekularnej badanych obiektów. Tak wysokie rozdzielczości osiąga się dzięki wyjątkowo krótkiej długości fali elektronów. Soczewki E. m. mają aberracje, dla których nie znaleziono skutecznych metod korekcji, w przeciwieństwie do mikroskopu świetlnego (patrz. Optyka elektroniczna i jonowa).Dlatego w magazynie TEM. soczewki elektroniczne(EL), w których aberracje są o rząd wielkości mniejsze, całkowicie wyparły aberracje elektrostatyczne. Optymalna przysłona (patrz. Membrana w optyce elektronicznej i jonowej) możliwa jest redukcja sferyczności. Wpływ aberracji obiektywu

w sprawie rozdzielczości E.M. Stosowane TEM można podzielić na trzy grupy: E.M. o wysokiej rozdzielczości, uproszczone TEM i unikalne EM o ultrawysokiej rozdzielczości.

Wysoka rozdzielczość(0,15-0,3 nm) - uniwersalne urządzenia wielofunkcyjne. Służą do obserwacji obrazów obiektów w jasnym i ciemnym polu, do badania ich struktury elektronograficznej. metoda (patrz Elektronografia), realizując ilości lokalne. za pomocą spektrometru energetycznego. straty elektronów i kryształów rentgenowskich. i półprzewodników oraz otrzymywanie spektroskopowe. obrazy obiektów przy użyciu filtra odfiltrowującego elektrony o energiach wykraczających poza określoną energię. okno. Straty energii elektronów przechodzących przez filtr i tworzących obraz spowodowane są obecnością w obiekcie pojedynczego związku chemicznego. element. Zwiększa się zatem kontrast obszarów, w których występuje ten pierwiastek. Przesuwając okno wzdłuż energii. widmo otrzymuje rozkłady różne elementy zawarte w obiekcie. Filtr stosowany jest także jako monochromator w celu zwiększenia rozdzielczości mikroskopii elektronowej przy badaniu obiektów o dużej grubości, co zwiększa rozproszenie energii elektronów i w konsekwencji aberrację chromatyczną.

Za pomocą dodatkowych urządzeń i przystawek, obiekt badany w TEM można przechylać w różnych płaszczyznach pod dużymi kątami w stosunku do soczewki optycznej. oś, ciepło, ochłodzenie, odkształcenie. Napięcie przyspieszające elektrony w emiterach o wysokiej rozdzielczości wynosi 100–400 kV, jest regulowane skokowo i charakteryzuje się dużą stabilnością: w ciągu 1–3 minut jego wartość nie może zmienić się o więcej niż (1–2)·10 - 6 od wartości początkowej. Grubość obiektu, który może zostać „oświetlony” wiązką elektronów, zależy od napięcia przyspieszającego. W 100-kilowoltowych falach elektromagnetycznych badane są obiekty o grubości od 1 do kilku metrów. dziesiątki nm.

TEM opisanego typu pokazano schematycznie na ryc. 1. W jego elektronowo-optycznym w układzie (kolumnie) wytwarza się głęboką próżnię za pomocą układu próżniowego (ciśnienie do ~10 -5 Pa). Obwód elektrooptyczny. Układ TEM pokazany jest na rys. 2. Tworzy się wiązka elektronów, której źródłem jest katoda termionowa działo elektronowe oraz akcelerator wysokonapięciowy, a następnie zostaje dwukrotnie zogniskowany przez pierwszy i drugi kondensator, tworząc małą elektroniczną „plamkę” na przedmiocie (po wyregulowaniu średnica plamki może wahać się od 1 do 20 mikronów). Po przejściu przez obiekt część elektronów zostaje rozproszona i opóźniona przez przysłonę aperturową. Nierozproszone elektrony przechodzą przez aperturę i są skupiane przez soczewkę w płaszczyźnie obiektu pośredniej soczewki elektronowej. Tutaj powstaje pierwszy powiększony obraz. Kolejne soczewki tworzą drugi, trzeci itd. obraz. Ostatnia soczewka projekcyjna tworzy obraz na ekranie katodoluminescencyjnym, który świeci pod wpływem elektronów. Stopień i charakter rozpraszania elektronów nie są takie same w różnych punktach obiektu ze względu na grubość, strukturę i skład chemiczny. skład obiektu zmienia się w zależności od punktu. W związku z tym zmienia się liczba elektronów przechodzących przez przysłonę aperturową, a co za tym idzie, gęstość prądu na obrazie. Powstaje kontrast amplitudowy, który przekształca się na kontrast świetlny na ekranie. W przypadku przedmiotów cienkich przeważa kontrast fazowy, spowodowane zmianą faz rozproszonych w obiekcie i zakłócających płaszczyznę obrazu. Pod ekranem emulsyjnym znajduje się magazynek z kliszami fotograficznymi, podczas fotografowania ekran jest usuwany, a elektrony działają na warstwę fotoemulsji. Obraz jest ogniskowany przez soczewkę obiektywu za pomocą płynnej regulacji prądu, która zmienia jego pole magnetyczne. pole. Prądy innych soczewek elektronicznych regulują powiększenie emitera, które jest równe iloczynowi powiększeń wszystkich soczewek. Przy dużych powiększeniach jasność ekranu staje się niewystarczająca i obraz obserwuje się za pomocą wzmacniacza jasności. Aby dokonać analizy obrazu, dokonuje się konwersji analogowo-cyfrowej zawartych w nim informacji i obróbki komputerowej. Obraz, wzmocniony i przetworzony według zadanego programu, jest wyświetlany na ekranie komputera iw razie potrzeby zapisywany na nośniku danych.

Ryż. 1. Transmisyjny mikroskop elektronowy (PEM): 1 -działo elektronowe z akceleratorem; 2-kondenssoczewki chwastowe; 3 -obiektyw; 4 - projekcja soczewki; 5 -mikroskop świetlny, dodatkowo powiększonyczytanie obrazu obserwowanego na ekranie; B-Tokoraliki z okienkami obserwacyjnymi, przez które można obserwowaćdać obraz; 7 - kabel wysokiego napięcia; 8 - system próżniowy; 9 - Pilot; 10 -podstawka; 11 - urządzenie zasilające wysokiego napięcia; 12 - zasilacz obiektywu.

Ryż. 2. Schemat elektronowo-optyczny TEM: 1 -katoda; 2 - cylinder skupiający; 3 -akcelerator; 4 -zatworzenie kondensatora vy (krótkiego rzutu). zmniejszony obraz źródła elektronów; 5 - drugi kondensor (długiego ogniskowania), który przenosi zmniejszony obraz źródła elektrony na obiekt; 6 -obiekt; 7 -średnica otworuprzysłona obiektywu; 8 - soczewka; 9 , 10, 11 -system soczewki projekcyjne; 12 - katodoluminescencyjny ekran.

Uproszczony MES przeznaczony do celów naukowych badania niewymagające dużej rozdzielczości. Stosuje się je również do obróbki wstępnej. oglądania obiektów, prac rutynowych oraz w celach edukacyjnych. Urządzenia te charakteryzują się prostą konstrukcją (jeden kondensator, 2-3 soczewki elektroniczne powiększające obraz obiektu), charakteryzują się niższym (60-100 kV) napięciem przyspieszającym oraz mniejszą stabilnością wysokich napięć i prądów soczewki. Ich rozdzielczość wynosi 0,5-0,7 nm.

Ultrawysokie napięcie E. m . (SVEM) - urządzenia o napięciu przyspieszającym od 1 do 3,5 MB - to konstrukcje wielkogabarytowe o wysokości od 5 do 15 m. Są wyposażone w specjalny sprzęt. lokali lub wybudować oddzielne budynki stanowiące integralną część kompleksu SVEM. Pierwsze SVEM przeznaczone były do ​​badania obiektów o dużej grubości (1-10 mikronów), które zachowały właściwości masywnego ciała stałego. Ze względu na silny wpływ chromatyczny aberracji, rozdzielczość takich E. m. maleje. Jednak w porównaniu ze 100-kilowoltowymi mikroskopami elektronowymi rozdzielczość obrazów grubych obiektów w ultrafioletowej mikroskopii elektronowej jest 10–20 razy większa. Ponieważ energia elektronów w SVEM jest większa, ich długość fali jest krótsza niż w TEM o wysokiej rozdzielczości. Dlatego po rozwiązaniu skomplikowanych problemów technicznych problemów (zajęło to ponad dekadę) oraz wdrożenie wysokiej odporności na wibracje, niezawodnej izolacji drgań i wystarczającej wytrzymałości mechanicznej i elektryczne Stabilność na UVEM uzyskano przy najwyższej rozdzielczości (0,13-0,17 nm) dla półprzezroczystej mikroskopii elektronowej, co umożliwiło fotografowanie obrazów struktur atomowych. Jednak kulisty Aberracja obiektywu i rozmycie ostrości zniekształcają zdjęcia wykonane w ekstremalnej rozdzielczości i utrudniają uzyskanie wiarygodnych informacji. Tę barierę informacyjną pokonuje się za pomocą ogniskowych serii obrazów, które uzyskuje się metodą dif. rozogniskowanie obiektywu. Równolegle, dla tego samego rozogniskowania, przeprowadzana jest komputerowa symulacja badanej struktury atomowej. Porównanie serii ogniskowych z serią obrazów modelowych pomaga rozszyfrować mikrografie struktur atomowych wykonane za pomocą ultrafioletowej mikroskopii elektronowej z niezwykłą rozdzielczością. Na ryc. Rysunek 3 pokazuje schemat SVEM umieszczony w specjalnym budynek. Podstawowy Elementy urządzenia łączone są w jeden kompleks za pomocą platformy, której krawędzie są podwieszone do sufitu na czterech łańcuchach i sprężynach amortyzujących. Na platformie znajdują się dwa zbiorniki wypełnione gazem elektroizolacyjnym pod ciśnieniem 3-5 atm. W jednym z nich umieszczono generator wysokiego napięcia, a w drugim generator elektrostatyczny. akcelerator elektronów z działem elektronowym. Obydwa zbiorniki połączone są rurą, przez którą wysokie napięcie z generatora przekazywane jest do akceleratora. Zespół elektronowo-optyczny przylega od dołu do zbiornika z akceleratorem. kolumna znajdująca się w dolnej części budynku, chroniona stropem przed promieniowaniem rentgenowskim. promieniowanie generowane w akceleratorze. Wszystkie wymienione węzły tworzą sztywną konstrukcję posiadającą właściwości fizyczne. wahadło o dużym własnym okresie (do 7 s). , które są tłumione przez amortyzatory cieczowe. Wahadłowy układ zawieszenia zapewnia skuteczną izolację SVEM od zewnątrz. wibracje Sterowanie urządzeniem odbywa się za pomocą pilota umieszczonego w pobliżu kolumny. Konstrukcja soczewek, kolumn i innych elementów urządzenia jest podobna do odpowiednich urządzeń FEM i różni się od nich większymi wymiarami i wagą.

Ryż. 3. Mikroskop elektronowy ultrawysokiego napięcia (SVEM): 1-platforma wibroizolacyjna; 2-łańcuchowy, na którym wisi platforma; 3 - amortyzujący sprężyny; 4-zbiorniki zawierające generatorakcelerator wysokiego napięcia i elektronów z elektronempistolet Noego; kolumna 5-elektronowo-optyczna; 6- strop dzielący budynek SVEM na górną i górną dolne hale i zabezpieczenie pracującego personelu dolna sala, z prześwietleń; 7 - pilot zdalnego sterowania sterowanie mikroskopem.

Raster E.m. (SEM) z pistoletem termionowym - najpopularniejszym typem urządzenia w mikroskopia elektronowa. Wykorzystują katody termiczne wolframowe i sześcioborkowo-lantanowe. Rozdzielczość SEM zależy od jasności elektronowej pistoletu i w urządzeniach danej klasy wynosi 5-10 nm. Napięcie przyspieszające można regulować w zakresie od 1 do 30-50 kV. Urządzenie SEM pokazano na ryc. 4. Za pomocą dwóch lub trzech soczewek elektronowych wąską sondę elektronową skupia się na powierzchni próbki. Powiększenie cewki odchylające rozmieszczają sondę na zadanym obszarze obiektu. Kiedy elektrony sondy oddziałują z obiektem, powstaje kilka rodzajów promieniowania (ryc. 5): elektrony wtórne i odbite; elektrony Augera; prześwietlenie bremsstrahlung i promieniowanie charakterystyczne (patrz widmo charakterystyczne); promieniowanie świetlne itp. Każde promieniowanie, prądy elektronów przechodzące przez obiekt (jeśli jest cienki) i zaabsorbowane w przedmiocie, a także napięcie indukowane na przedmiocie, mogą zostać zarejestrowane przez odpowiednie detektory przetwarzające te promieniowanie, prądy i napięcia na energię elektryczną. sygnały, które po wzmocnieniu podawane są na lampę elektronopromieniową (CRT) i modulują jej wiązkę. Skanowanie wiązki CRT odbywa się synchronicznie ze skanowaniem sondy elektronowej w SEM, a na ekranie CRT obserwuje się powiększony obraz obiektu. Powiększenie jest równe stosunkowi rozmiaru ramki na ekranie CRT do odpowiedniego rozmiaru na skanowanej powierzchni obiektu. Obraz jest fotografowany bezpośrednio z ekranu CRT. Podstawowy Zaletą SEM jest duża zawartość informacyjna urządzenia, wynikająca z możliwości obserwacji obrazów przy wykorzystaniu różnych sygnałów. detektory. Za pomocą SEM można badać mikrorelief, czyli rozkład substancji chemicznych. kompozycja dla obiektu, p-n-przejścia, wytwarzają promienie rentgenowskie. analiza spektralna itp. SEM są szeroko stosowane w technologii. procesów (monitoring w elektronicznych technologiach litograficznych, sprawdzanie i identyfikacja uszkodzeń mikroukładów, metrologia mikroproduktów itp.).

Ryż. 4. Schemat skaningowego mikroskopu elektronowego (REM): 1 -izolator działa elektronowego; 2 -V-obrazkatoda termiczna; 3 -elektroda skupiająca; 4 - anoda; 5 - soczewki kondensorowe; 6 -membrana; 7 - dwupoziomowy system odchylania; 8 -obiektyw; 9 -przysłona obiektywu; 10 -obiekt; 11 -detektor elektronów wtórnych; 12 -kryształspektrometr litowy; 13 -proporcjonalny lada; 14 - przedwzmacniacz; 15 - blok wzmacniający; 16, 17 - sprzęt do rejestracji promieniowanie rentgenowskie; 18 - blok wzmacniający; 19 - jednostka sterująca powiększeniem; 20, 21 - bloki płonąskany strefowe i pionowe; 22, 23 -eleklampy promieni tronowych.

Ryż. 5. Schemat rejestracji informacji o obiekcie, uzyskane w SEM; 1-pierwotna wiązka elektronów; detektor 2 elektronów wtórnych; Detektor 3-rentowypromieniowanie genowe; Detektor 4-odbitych elektronówronow; Detektor elektronów z 5 Augerami; Światło 6-detektorowepromieniowanie komercyjne; 7 - detektor transmitowanych elektrodnowy; 8 - obwód rejestrujący przepływający prąd obiekt elektronowy; 9-obwodowy do rejestracji prądu elektrony zaabsorbowane w obiekcie; 10-schemat dla rerejestracja energii elektrycznej indukowanej w obiekcie potencjał.

Wysoką rozdzielczość SEM osiąga się poprzez tworzenie obrazu przy użyciu elektronów wtórnych. Jest ona odwrotnie proporcjonalna do średnicy strefy, z której emitowane są te elektrony. Wielkość strefy zależy od średnicy sondy, właściwości obiektu, prędkości elektronów wiązki pierwotnej itp. Przy dużej głębokości penetracji elektronów pierwotnych procesy wtórne rozwijające się we wszystkich kierunkach zwiększają średnicę strefy i rozdzielczość maleje. Detektor elektronów wtórnych składa się z rura fotopowielacza(PMT) i konwerter elektron-foton, główny. którego elementem jest scyntylator. Liczba błysków scyntylatora jest proporcjonalna do liczby elektronów wtórnych wyrzuconych w danym punkcie obiektu. Po wzmocnieniu w PMT i wzmacniaczu wideo, sygnał jest modulowany wiązką CRT. Wielkość sygnału zależy od topografii próbki, obecności lokalnych prądów elektrycznych. i mag. mikropola, wartości współczynników. wtórna emisja elektronów, która z kolei zależy od substancji chemicznej. skład próbki w danym punkcie.

Odbite elektrony są wychwytywane przez detektor półprzewodnikowy z p - rz-przemiana. Kontrast obrazu zależy od zależności współczynnika. odbicie od kąta padania wiązki pierwotnej w danym punkcie obiektu i od godz. numery substancji. Rozdzielczość obrazu uzyskanego w „elektronach odbitych” jest niższa niż rozdzielczość uzyskana przy użyciu elektronów wtórnych (czasami o rząd wielkości). Ze względu na prostoliniowość lotu elektronów, informacje o wydziale. obszary obiektu, z których nie ma bezpośredniej drogi do czujki, zostają utracone (pojawiają się cienie). Aby wyeliminować utratę informacji, a także stworzyć obraz reliefu próbki, na cięcie nie ma wpływu jej skład pierwiastkowy i odwrotnie, aby stworzyć obraz rozmieszczenia chemikaliów. elementów w obiekcie, na który nie ma wpływu jego topografia, SEM wykorzystuje system detektorów składający się z kilku. wokół obiektu rozmieszczone są detektory, których sygnały są od siebie odejmowane lub sumowane, a powstały sygnał po wzmocnieniu podawany jest do modulatora CRT.

Rentgen Charakterystyka promieniowanie jest rejestrowane w postaci krystalicznej. (dyspersyjne) lub półprzewodnikowe (dyspersyjne) spektrometry, które się uzupełniają. W pierwszym przypadku prześwietlenie. promieniowanie po odbiciu przez kryształ spektrometru przedostaje się do gazu licznik proporcjonalny, a w drugim - prześwietlenie. Kwanty wzbudzają sygnały w chłodzonym półprzewodnikiem (w celu zmniejszenia szumu) detektorze wykonanym z krzemu lub germanu domieszkowanego litem. Po wzmocnieniu sygnały ze spektrometru można wprowadzić do modulatora CRT, a na jego ekranie pojawi się obraz rozkładu danej substancji chemicznej. element wzdłuż powierzchni obiektu.

Na SEM wyposażonym w rentgen. spektrometry wytwarzają ilości lokalne. analiza: rejestrowana jest liczba impulsów wzbudzonych promieniami rentgenowskimi. kwanty z obszaru, w którym zatrzymano sondę elektroniczną. Krystaliczny. spektrometr wykorzystujący zestaw kryształów analizatora o różnych. odległości międzypłaszczyznowe (patrz Warunek Bragga-Wulfa) wyróżnia się wysokim widmem. charakterystyczna rozdzielczość widmo według długości fali, obejmujące zakres pierwiastków od Be do U. Spektrometr półprzewodnikowy rozróżnia promienie rentgenowskie. kwanty według ich energii i jednocześnie rejestruje wszystkie pierwiastki od B (lub C) do U. Jego rozdzielczość widmowa jest niższa niż w przypadku kryształów. spektrometr, ale o większej czułości. Istnieją inne zalety: szybkie dostarczanie informacji, prosta konstrukcja, wysoka wydajność.

Raster Auger-E. M. (ROEM), w których podczas skanowania sondy elektronowej elektrony Augera są wykrywane z głębokości obiektu nie większej niż 0,1-2 nm. Na tej głębokości strefa wyjścia elektronów Augera nie zwiększa się (w przeciwieństwie do elektronów emisji wtórnej), a rozdzielczość urządzenia zależy jedynie od średnicy sondy. Urządzenie pracuje w ultrawysokiej próżni (10 -7 -10 -8 Pa). Jego napięcie przyspieszające wynosi ok. 10 kV. Na ryc. 6 przedstawia urządzenie ROEM. Działo elektronowe składa się z sześcioborkowo-lantanowej lub wolframowej katody termicznej pracującej w trybie Schottky'ego oraz trójelektrodowej katody elektrostatycznej. soczewki. Sonda elektronowa jest skupiana przez tę soczewkę i magnes. soczewka, w której przedmiot znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej. Elektrony Augera zbierane są za pomocą cylindrycznego elementu. analizator energii lustra, którego elektroda wewnętrzna pokrywa korpus soczewki, a elektroda zewnętrzna przylega do obiektu. Za pomocą analizatora, który rozróżnia elektrony Augera na podstawie energii, bada się rozkład chemiczny. elementy warstwy powierzchniowej obiektu z rozdzielczością submikronową. Do badania głębokich warstw urządzenie wyposażone jest w działo jonowe, które służy do usuwania górnych warstw obiektu metodą trawienia wiązką jonową.

Ryż. B. Schemat skaningowego mikroskopu elektronowego Augera(ROEM): 1 - pompa jonowa; 2- katoda; 3 - trójelektrodowa soczewka elektrostatyczna; Detektor 4-wielokanałowy; Obiektyw z 5 aperturami; 6-piętrowy układ odchylający do skanowania sondy elektronicznej; 7-soczewkowy; 8- zewnętrzna elektroda cylindryczna analizator lustrzany; 9-obiekt.

SEM z działem emisji polowej mają wysoką rozdzielczość (do 2-3 nm). Działo z emisją polową wykorzystuje katodę w kształcie końcówki, u góry której następuje silny porażenie prądem. pole usuwające elektrony z katody ( automatyczna emisja spalin). Jasność elektronów pistoletu z katodą emisji polowej jest 10 3 -10 4 razy większa niż jasność pistoletu z katodą termionową. W związku z tym wzrasta prąd sondy elektronowej. Dlatego w SEM z działem emisji polowej przeprowadzane jest szybkie skanowanie wraz z wolnym skanowaniem, a średnica sondy jest zmniejszana w celu zwiększenia rozdzielczości. Jednakże katoda emisji polowej działa stabilnie tylko w ultrawysokiej próżni (10-7-10-9 Pa), co komplikuje konstrukcję i działanie takich SEM.

Półprzezroczysty raster E. m. (STEM) mają tę samą wysoką rozdzielczość co TEM. W urządzeniach tych zastosowano działa polowe pracujące w warunkach ultrawysokiej próżni (do 10 -8 Pa), zapewniające wystarczający prąd w sondzie o małej średnicy (0,2-0,3 nm). Średnicę sondy zmniejszają dwa magnesy. soczewki (ryc. 7). Pod obiektem znajdują się detektory - centralny i pierścieniowy. Pierwszy z nich odbiera nierozproszone elektrony, a po przetworzeniu i wzmocnieniu odpowiednich sygnałów na ekranie CRT pojawia się obraz w jasnym polu. Detektor pierścieniowy zbiera rozproszone elektrony, tworząc obraz ciemnego pola. W STEM możliwe jest badanie grubszych obiektów niż w TEM, ponieważ wzrost liczby nieelastycznie rozproszonych elektronów wraz z grubością nie wpływa na rozdzielczość (po obiekcie nie ma optyki elektronowej do tworzenia obrazu). Za pomocą analizatora energii elektrony przechodzące przez obiekt rozdzielane są na wiązki rozproszone elastycznie i nieelastycznie. Każda wiązka uderza we własny detektor, a na monitorze CRT obserwuje się odpowiednie obrazy zawierające obrazy uzupełniające. informacje o składzie pierwiastkowym obiektu. Wysoką rozdzielczość w STEM osiąga się przy powolnych skanach, ponieważ w sondzie o średnicy zaledwie 0,2–0,3 nm prąd jest niewielki. PREM są wyposażone we wszystkie urządzenia analityczne stosowane w mikroskopii elektronowej. badania obiektów, a w szczególności spektrometry energii. straty elektronów, promieniowanie rentgenowskie spektrometry, złożone systemy detekcji elektronów transmitowanych, rozproszonych wstecznie i wtórnych, podświetlanie grup elektronów rozproszonych na różnych płaszczyznach. kąty, które mają różne kąty energia itp. Urządzenia wyposażone są w komputer do kompleksowego przetwarzania napływających informacji.

Ryż. 7. Schemat ideowy rastra półprzezroczystegonowy mikroskop elektronowy (STEM): 1-autoemiskatoda jonowa; 2-anoda pośrednia; 3- anoda; 4- otwór „iluminatora”; soczewka 5-magnetyczna; 6-dwawielopoziomowy system odchylania do skanowania elektronówsonda nogo; soczewka 7-magnetyczna; 8 - przysłona przysłona obiektywu; 9 -obiekt; 10 - system odchylania; 11 - detektor pierścieniowy rozproszonych elektronów; 12 - detektor nierozproszonych elektronów (usunięty gdy obsługa spektrometru magnetycznego); 13 - magnetyczny spektrometr; 14-stopniowy system ugięcia do wyboru elektrony z różnymi stratami energii; 15 - szczelina spektrometr; Spektrometr z 16 detektorami; VE-wtórnynowe elektrony; hv- Promieniowanie rentgenowskie.

Emisja E. m. stworzyć obraz obiektu z elektronami, które emituje sam obiekt po podgrzaniu, bombardowany pierwotną wiązką elektronów, pod wpływem magnesów elektrycznych. promieniowaniem oraz po przyłożeniu silnego prądu elektrycznego. pole odrywające elektrony od obiektu. Urządzenia te mają zwykle wąski cel (patrz. Projektor elektroniczny).

Lustro E. m. służyć jako rozdz. przyr. do wizualizacji elektrostatyki „potencjalne ulgi” i magnetyczne mikropola na powierzchni obiektu. Podstawowy elektronowo-optyczny elementem urządzenia jest lusterko elektroniczne, a jedną z elektrod jest sam obiekt, który znajduje się pod niewielkim podciśnieniem. potencjał względem katody pistoletu. Wiązka elektronów kierowana jest na zwierciadło elektronowe i odbijana przez pole znajdujące się w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni obiektu. Lustro tworzy obraz na ekranie „w odbitych wiązkach”: mikropola w pobliżu powierzchni obiektu redystrybuują elektrony odbitych wiązek, tworząc kontrast na obrazie, który wizualizuje te mikropola.

Perspektywy rozwoju E. m. Prowadzone od wielu lat doskonalenie liczników elektronicznych w celu zwiększenia wolumenu uzyskiwanej informacji będzie kontynuowane, a głównym zadaniem pozostanie doskonalenie parametrów przyrządów, a przede wszystkim zwiększanie rozdzielczości. Prace nad tworzeniem urządzeń elektronowo-optycznych. systemy z małymi aberracjami nie doprowadziły jeszcze do realnego wzrostu rozdzielczości emiterów, dotyczy to systemów korekcji aberracji nieosiowosymetrycznych, optyki kriogenicznej i obiektywów z przestrzeniami korekcyjnymi. w rejonie osiowym itp. Trwają poszukiwania i badania w tych kierunkach. Kontynuowane są prace badawcze mające na celu utworzenie elektronicznych obrazów holograficznych. systemy, w tym z korekcją charakterystyki częstotliwościowo-kontrastowej soczewek. Miniaturyzacja elektrostatyki soczewki i systemy wykorzystujące postępy mikro- i nanotechnologii pomogą także rozwiązać problem tworzenia optyki elektronicznej o niskich aberracjach.

Oświetlony.: Praktyczna skaningowa mikroskopia elektronowa, wyd. D. Gouldstein, X. Yakovits, tłum. z języka angielskiego, M., 1978; Spence D., Eksperymentalna mikroskopia elektronowa wysokiej rozdzielczości, przeł. z języka angielskiego, M., 1986; Stoyanov P. A., Mikroskop elektronowy SVEM-1, „Izwiestia Akademii Nauk ZSRR, ser. fizyka”, 1988, t. 52, nr 7, s. 10-10. 1429; Hawks P., Kasper E., Podstawy optyki elektronowej, przeł. z angielskiego, t. 1-2, M., 1993; Oechsner H., Mikroskopia ślimakowa skaningowa, Le Vide, les Couches Minces, 1994, t. 33-45. 50, nr 271, s. 25. 141; McMullan D., Skaningowa mikroskopia elektronowa 1928-1965, „Skanowanie”, 1995, t. 25. 17, nr 3, s. 17. 175. P. A. Stoyanov.

Mikroskop elektronowy nazywa się tak nie dlatego, że wykorzystuje się w nim jakiekolwiek elementy zawierające elektronikę – choć jest jej aż nadto. Ale najważniejsze, że zamiast strumienia promieni świetlnych niosących informację o obiekcie i które możemy po prostu zobaczyć przybliżając oczy do okularów, mikroskop elektronowy wykorzystuje strumień elektronów – dokładnie tak samo jak w zwykłym TELEWIZJA. Obraz podobny do telewizora możemy obserwować na ekranie pokrytym specjalną kompozycją, która świeci pod wpływem uderzenia strumienia elektronów. Ale w jaki sposób mikroskop elektronowy powiększa?

Faktem jest, że tak jak szkło konwencjonalnej soczewki zmienia drogę promieni świetlnych, tak pola magnetyczne i elektryczne zmieniają ruch przepływu elektronów, co pozwala skupiać „promienie” elektronowe z takimi samymi efektami jak w zwykłym „szklany” układ optyki świetlnej. Jednak ze względu na wyjątkowo małe rozmiary elektronów i znaczne „załamanie” przepływów elektronów, uzyskiwane jest powiększenie obrazu około tysiąc razy większe niż w mikroskopie optycznym. Zamiast zwykłych okularów w mikroskopie elektronowym obraz jest albo rzutowany na bardzo mały ekran luminescencyjny, z którego obserwator ogląda go przez konwencjonalny mikroskop optyczny z niewielkim powiększeniem, albo za pomocą przetwornika optyczno-elektronicznego jest wyświetlany na ekranie zwykłego telewizora, lub – co jest najczęściej stosowane w praktyce – utrwalone na kliszy fotograficznej. W przypadku mikroskopu elektronowego nie ma takiego parametru jak dokładność odwzorowania barw, ponieważ kolor to właściwości promieni świetlnych, a nie elektronów. W mikrokosmosie nie ma koloru, dlatego „kolorowe” zdjęcia uzyskane za pomocą mikroskopu elektronowego to nic innego jak konwencja.

Taka była w przybliżeniu zasada działania pierwszego w historii mikroskopu elektronowego; zgodnie z istniejącą klasyfikacją należał on do mikroskopów OPEM - „zwykłego transmisyjnego mikroskopu elektronowego”; zewnętrznie przypominał raczej dużą maszynę do obróbki metalu niż mikroskop, którym byli ludzie przyzwyczajeni do oglądania przez ostatnie półtora wieku. W tym urządzeniu, zapewniającym powiększenie nawet milionowe, próbkę „poddawano” działaniu strumienia elektronów poruszających się w stałym kierunku. Nieco później pojawiły się skaningowe mikroskopy elektronowe, w których wiązka elektronów skupiona do rozmiarów subatomowych „skanuje” powierzchnię próbki, a obraz obserwuje się na ekranie monitora. Właściwie „powiększenie” mikroskopu skaningowego to także konwencja, czyli stosunek wielkości ekranu do wielkości skanowanego obiektu. To właśnie dzięki takiemu urządzeniu człowiek po raz pierwszy mógł zobaczyć pojedyncze atomy. Na razie jest to granica możliwości technologicznych. I tak naprawdę świat cząstek elementarnych jest tak odmienny od naszego, że raczej nie będziemy w stanie go w pełni zrozumieć, nawet jeśli zobaczymy go na własne oczy.

Co to jest mikroskop USB?

Mikroskop USB to rodzaj mikroskopu cyfrowego. Zamiast zwykłego okularu zainstalowano tu aparat cyfrowy, który przechwytuje obraz z obiektywu i przenosi go na monitor lub ekran laptopa. Mikroskop ten podłącza się do komputera w bardzo prosty sposób – za pomocą zwykłego kabla USB. Do mikroskopu zawsze dołączone jest specjalne oprogramowanie, które umożliwia obróbkę uzyskanych obrazów. Możesz robić zdjęcia, tworzyć filmy, zmieniać kontrast, jasność i rozmiar obrazu. Możliwości oprogramowania różnią się w zależności od producenta.

Mikroskop USB to przede wszystkim kompaktowe urządzenie powiększające. Wygodnie jest zabrać go ze sobą na wycieczki, na spotkania czy za miasto. Zwykle mikroskop USB nie może pochwalić się dużym powiększeniem, ale do badania monet, drobnego druku, dzieł sztuki, próbek tkanin czy banknotów jego możliwości są w zupełności wystarczające. Za pomocą takiego mikroskopu możesz badać rośliny, owady i wszelkie małe przedmioty wokół siebie.

Gdzie kupić mikroskop elektronowy?

Jeżeli już zdecydowałeś się na wybór modelu, to na tej stronie możesz kupić mikroskop elektronowy. W naszym sklepie internetowym znajdziesz mikroskop elektronowy w najlepszej cenie!

Jeśli chcesz na własne oczy zobaczyć mikroskop elektronowy i wtedy podjąć decyzję, odwiedź najbliższy sklep Four Eyes.
Tak, tak i zabierz ze sobą dzieci! Na pewno nie pozostaniesz bez zakupów i prezentów!