Вступ до принципів візуалізації трансмісійної електронної мікроскопії
Структура трансмісійного електронного мікроскопа складається з двох частин: основна частина - це система освітлення, система зображення та студія спостереження; допоміжною частиною є вакуумна система та електрична система.
1. Система освітлення
Система розділена на дві частини: електронну гармату та конденсатор. Електронна гармата складається з нитки (катода), сітки та анода. Нагрівальна нитка випускає пучок електронів. При подачі напруги на анод електрони прискорюються. Різниця потенціалів між анодом і катодом є загальною прискорювальною напругою. Прискорені електрони з енергією вириваються з отворів в пластині анода. Енергія випущеного електронного пучка пов'язана з прискорювальною напругою, а сітка відіграє роль контролю форми електронного пучка. Електронний пучок має певний кут розбіжності. Після налаштування збиральної лінзи можна побачити паралельний пучок електронів з малим або навіть нульовим кутом розбіжності. Регулюванням струму збиральної лінзи можна регулювати густину струму (струм пучка) електронного променя.
Розмір ділянки на зразку, який потрібно висвітлити, пов’язаний зі збільшенням. Чим вище збільшення, тим менша освітлена область. Тому для опромінення зразка потрібен більш тонкий пучок електронів. Розмір плями електронного променя, який безпосередньо випромінює електронна гармата, більший, а когерентність також погана. Для більш ефективного використання цих електронів і отримання освітлювальних електронних пучків з високою яскравістю та хорошою когерентністю для задоволення потреб трансмісійних електронних мікроскопів при різних збільшеннях, електронні пучки, що випромінюються електронною гарматою, повинні бути додатково зведені для створення різних плям променя. розмір. , приблизно паралельні пучки освітлення. Це завдання зазвичай виконується за допомогою двох електромагнітних лінз, які називаються конденсорами. На малюнку C1 і C2 представляють перший конденсатор і другий конденсатор відповідно. C1 зазвичай залишається незмінним, і його роль полягає у встановленні перетину електронних гармат, щоб зменшити розмір зображення більш ніж на порядок. Крім того, в системі освітлення встановлено пристрій нахилу променя, який може легко нахиляти електронний промінь в діапазоні від 2 градусів до 3 градусів для освітлення зразка під різними кутами нахилу.
2. Система візуалізації
Система включає електронні оптичні елементи, такі як камера для зразків, лінза об’єктива, проміжне дзеркало, контрастна діафрагма, дифракційна діафрагма, проекційна лінза тощо. Камера для зразків має механізм, який гарантує, що вакуум основного корпусу не пошкоджується під час частих змін зразків . Зразок можна переміщати в напрямках X і Y, щоб знайти позицію, яку слід спостерігати. Паралельний промінь електронів, отриманий збиральною лінзою, опромінює зразок і несе інформацію, що відображає характеристики зразка після проходження через зразок. Електронне зображення формується під дією об'єктива і контрастної діафрагми, а потім збільшується проміжним дзеркалом і проекційною лінзою. Остаточне електронне зображення отримують на флуоресцентному екрані.
Система освітлення забезпечує когерентний освітлюючий електронний промінь, який несе структурну інформацію про зразок після проходження через зразок і поширюється в різних напрямках (наприклад, коли є кристалічна група граней, що задовольняє рівнянню Брегга, 2 кути можуть бути згенеровані в напрямок, що перетинає падаючий промінь з дифрагованим променем). Цілі будуть надходити з різних частин зразка з однаковим напрямком поширення. Електрони сходяться в одну точку на задній фокальній площині, а електрони, що рухаються в різних напрямках, відповідно утворюють різні плями. Прямий промінь з нульовим кутом розсіювання сходиться в точці фокусу об'єктива, утворюючи центральну пляму. Таким чином на задній фокальній площині об’єктива формується дифракційна картина. На площині зображення об’єктива ці електронні пучки рекомбінуються для отримання когерентного зображення. Регулюючи струм лінзи проміжної лінзи, площина об’єкта проміжної лінзи та задня фокальна площина лінзи об’єктива збігаються, що можна відобразити на флуоресцентному екрані. Отримана вище дифракційна картина може збігати площину об’єкта проміжної лінзи з площиною зображення об’єктива, отримуючи таким чином мікроскопічне зображення. Завдяки взаємодії двох проміжних дзеркал довжину та збільшення камери можна регулювати в більшому діапазоні.
3. Студія спостереження
Електронне зображення відображається на флуоресцентному екрані. Флуоресцентне світло пропорційне струму електронного променя. Для фотографування використовуйте електронну суху пластину замість флуоресцентного екрана. Світлочутлива здатність сухої пластини пов'язана з її довжиною хвилі.
4. Вакуумна система
Вакуумна система складається з механічного насоса, масляного дифузійного насоса, іонного насоса, приладу для вимірювання вакууму та вакуумного трубопроводу. Його функція полягає у видаленні газу з оправи об’єктива, щоб ступінь вакууму на оправі об’єктива сягав принаймні 10-5 Торр, а найкращий ступінь вакууму може досягати 10-9-10-10 Торр. Якщо вакуум низький, зіткнення між електронами та молекулами газу може спричинити розсіювання та вплинути на контраст. Це також спричинить іонізацію високої напруги між електронною сіткою та анодом, спричиняючи міжелектродний розряд. Залишкові гази також можуть роз’їдати нитку розжарення та забруднити зразок.
5. Система керування потужністю
Нестабільність прискорювальної напруги та магнітного струму лінзи може спричинити серйозну хроматичну аберацію та знизити роздільну здатність електронного мікроскопа. Таким чином, стабільність прискорювальної напруги та струму лінзи є важливим критерієм для вимірювання продуктивності електронного мікроскопа. Схема TEM в основному складається з таких частин: джерело живлення постійного струму високої напруги, джерело живлення збудження об’єктива, джерело живлення відхиляючої котушки, джерело живлення нагрівання нитки електронної гармати, схема керування вакуумною системою, джерело живлення вакуумного насоса, пристрій приводу камери та автоматична експозиція схема.
Крім того, багато високоефективних електронних мікроскопів оснащені аксесуарами для сканування, енергетичною спектроскопією, спектроскопією втрати енергії електронів.
