Принцип і будова скануючого електронного мікроскопа
Скануючий електронний мікроскоп, повна назва скануючого електронного мікроскопа, англ. scanning electron microscope (SEM), — це електронний оптичний прилад, який використовується для спостереження за структурою поверхні об'єктів.
1. Принцип роботи скануючого електронного мікроскопа
Виготовлення скануючих електронних мікроскопів засноване на взаємодії електронів з речовиною. Коли промінь високоенергетичних людських електронів бомбардує поверхню матеріалу, область збудження виробляє вторинні електрони, електрони Оже, характеристичне рентгенівське випромінювання та безперервне рентгенівське випромінювання, електрони зворотного розсіювання, електрони пропускання та електромагнітне випромінювання у видимій області ультрафіолету. та інфрачервоні області. . При цьому також можуть генеруватися електронно-діркові пари, коливання гратки (фонони) і електронні коливання (плазмони). Наприклад, збір вторинних електронів і електронів, розсіяних назад, може отримати інформацію про мікроскопічну морфологію матеріалу; збір рентгенівських променів дозволяє отримати інформацію про хімічний склад матеріалу. Скануючі електронні мікроскопи працюють шляхом сканування зразка надзвичайно тонким електронним пучком, збуджуючи вторинні електрони на поверхні зразка. Електрони першого порядку збираються детектором, перетворюються в оптичні сигнали за допомогою сцинтилятора, а потім перетворюються в електричні сигнали за допомогою фотоелектронних помножувачів і підсилювачів, які контролюють інтенсивність електронного променя на люмінофорному екрані та відображають скановане зображення. синхронно з електронним пучком. Зображення являють собою тривимірні зображення, які відображають структуру поверхні зразка.
2. Будова скануючого електронного мікроскопа
(1) Оправа об’єктива
Оправа об’єктива включає електронну гармату, збиральну лінзу, об’єктив і систему сканування. Його роль полягає у створенні надзвичайно тонкого електронного пучка (приблизно кілька нанометрів у діаметрі), який сканує поверхню зразка, збуджуючи різні сигнали.
(2) Електронна система збору та обробки сигналів
У камері для зразків скануючий електронний промінь взаємодіє зі зразком, генеруючи різноманітні сигнали, включаючи вторинні електрони, електрони, розсіяні назад, рентгенівське випромінювання, поглинені електрони, російські (Оже) електрони тощо. Серед вищезазначених сигналів найважливішими є вторинні електрони, які є зовнішніми електронами, що збуджуються падаючими електронами в атомах зразка, і генеруються в області від кількох нанометрів до десятків нанометрів нижче поверхні зразка. Швидкість генерації в основному визначається морфологією та складом зразка. Зображення скануючого електронного мікроскопа зазвичай відноситься до вторинного електронного зображення, яке є найбільш корисним електронним сигналом для вивчення топографії поверхні зразка. Зондом детектора, що виявляє вторинні електрони, є сцинтилятор. Коли електрони потрапляють на сцинтилятор, у сцинтиляторі генерується світло. Це світло передається через світлову трубку до фотопомножувача, який перетворює світловий сигнал у сигнал струму, який потім проходить через систему попереднього підсилення, а підсилення відео перетворює сигнал струму в сигнал напруги, який, нарешті, надсилається в мережу кінескоп.
(3) Електронна система відображення та запису сигналу
Зображення скануючого електронного мікроскопа виводяться на електронно-променеву трубку (кінескоп) і записуються камерою. Існує два типи кінескопів: один використовується для спостереження, має нижчу роздільну здатність і є довгим кінескопом післясвічення; інший використовується для фотозйомки, має вищу роздільну здатність і являє собою коротку трубку післясвітіння.
(4) Вакуумна система та система живлення
Вакуумна система скануючого електронного мікроскопа складається з механічного насоса та масляного дифузійного насоса. Система живлення забезпечує конкретну потужність, необхідну кожному компоненту.
3. Призначення скануючого електронного мікроскопа
Найосновнішою функцією скануючих електронних мікроскопів є спостереження за поверхнями різних твердих зразків із високою роздільною здатністю. Зображення з великою глибиною різкості є особливістю спостережень за допомогою скануючого електронного мікроскопа, таких як: біологія, ботаніка, геологія, металургія тощо. Спостереження можуть здійснюватися на поверхнях зразків, поверхнях розрізів або поперечних перерізах. Металурги раді бачити безпосередньо незаймані або потерті поверхні. Легко вивчайте оксидні поверхні, зростання кристалів або корозійні дефекти. З одного боку, він може більш безпосередньо досліджувати тонку структуру паперу, текстилю, натуральної або обробленої деревини, а біологи можуть використовувати його для вивчення структури маленьких крихких зразків. Наприклад: частинки пилку, діатомових водоростей і комах. З іншого боку, він може робити тривимірні зображення, що відповідають поверхні зразка. Скануюча електронна мікроскопія має широкий спектр застосувань у дослідженні твердих матеріалів і її можна порівняти з іншими інструментами. Для повної характеристики твердих матеріалів скануюча електронна мікроскопія.
