Просвічуюча електронна мікроскопія

Що просвічує (трансмісійний) електронний мікроскоп (ПЕМ, англ, TEM - Transmission electron microscopy) - пристрій для отримання зображення ультратонкого зразка шляхом пропускання через нього пучка електронів. Ультратонким вважається зразок товщиною близько 0.1 мкм. Минулий через зразок і провзаимодействует з ним пучок електронів збільшується магнітними лінзами (об'єктивом) і реєструється на флуоресцентного екрані, фотоплівці або сенсорному приладі із зарядним зв'язком (ПЗЗ-матриці).

У просвічує електронному мікроскопі використовується високоенергетичний електронний пучок для формування зображення. Електронний пучок створюється за допомогою катода (вольфрамового, LaB6, Шотткі або холодної польовий емісії). Отриманий електронний пучок прискорюється зазвичай до 80-200 кеВ (використовуються різні напруги від 20 кВ до 1 МВ), фокусується системою магнітних лінз (іноді електростатичних лінз), проходить через зразок так, що частина електронів розсіюється на зразку, а частина - ні. Таким чином, минулий через зразок електронний пучок несе інформацію про структуру зразка. Далі пучок проходить через систему збільшують лінз і формує зображення на люмінесцентному екрані (як правило, з сульфіду цинку), фотоплатівці або ПЗС-камері.

Дозвіл ПЕМ лімітується в основному сферичною аберацією. Деякі сучасні ПЕМ мають коректори сферичної аберації.

Основними недоліками ПЕМ є необхідність в дуже тонкому зразку (близько 100 нм) і нестійкість (розкладання) зразків під пучком.

Просвічуюча растрова (скануюча) електронна мікроскопія (ПРЕМ)

Що просвічує растровий електронний мікроскоп (ПРЕМ, РПЕМ, рідко СТЕМ - скануючий трансмісійний електронний мікроскоп, англ. Scanning transmission electron microscope, STEM) - вид просвічує електронного мікроскопа (ПЕМ). Як і в будь-який просвічує схемою освітлення електрони проходять через досить тонкий зразок. Однак на відміну від традиційної ПЕМ в ПРЕМ електронний пучок фокусується в точку, якою проводять растровое сканування.

Зазвичай ПРЕМ - це традиційний трансмісійний електронний мікроскоп, оснащений додатковими сканирующими лінзами, детекторами і необхідними схемами, проте також існують і спеціалізовані ПРЕМ прилади.

Один з типів просвічує електронної мікроскопії (ПЕМ), проте є прилади працюють виключно в режимі ПРЕМ. Пучок електронів пропускається через відносно тонкий зразок, але, на відміну від звичайної просвічує електронної мікроскопії, електронний пучок фокусується в точку, яка переміщається по зразку по растру.

Растрова (скануюча) електронна мікроскопія

В основі лежить телевізійний принцип розгорнення тонкого пучка електронів по поверхні зразка.

Растровий електронний мікроскоп (РЕМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) - прилад класу електронний мікроскоп,

 

Растровий електронний мікроскоп (РЕМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) - прилад класу електронний мікроскоп, призначений для отримання зображення поверхні об'єкта з високим (до 0,4 нанометра) пространственнимразрешеніем, також інформації про склад, будову та деяких інших властивостях приповерхневих шарів. Заснований на принципі взаємодії електронного пучка із досліджуваним об'єктом.

Сучасний РЕМ дозволяє працювати в широкому діапазоні збільшень приблизно від 10 крат (тобто еквівалентно збільшенню сильної ручної лінзи) до 1 000 000 крат, що приблизно в 500 разів перевищує межа збільшення лучшіхоптіческіх мікроскопів.

Сьогодні можливості растрової електронної мікроскопії використовуються практично у всіх областях науки і промисловості, від біології до наук про матеріали. Існує величезна кількість випущених рядом фірм різноманітних конструкцій і типів РЕМ, оснащених детекторами різних типів.

Принцип роботи

Роздільна здатність (здатність розрізняти тонкі деталі) оптичного мікроскопа обмежена довжиною хвилі фотонів видимого світла. Найбільш потужні оптичні мікроскопи можуть забезпечити спостереження деталей з розміром 0.1-0.2 мкм [8]. Якщо ми захочемо побачити більш тонкі деталі, необхідно скоротити довжину хвилі, яка висвітлює об'єкт дослідження. Для цього можна використовувати не фотони, а, наприклад, електрони, довжина хвилі яких набагато менше. Електронні мікроскопи - результат втілення цієї ідеї.

Принципова схема «історичного» скануючого мікроскопа. Починаючи з 1980 року, кінескоп, синхронізований з РЕМ, поступився місцем пристроїв цифрового накопичення зображень

Нижченаведений малюнок ілюструє принципову схему РЕМ: тонкий електронний зонд (електронний пучок) направляється на аналізований зразок. В результаті взаємодії між електронним зондом і зразком генеруються низькоенергетичними вторинні електрони, які збираються детектором вторинних електронів. Інтенсивність електричного сигналу детектора залежить як від природи зразка (в меншій мірі), так і від топографії (більшою мірою) зразка в області взаємодії. Таким чином, скануючи електронним пучком поверхню об'єкта можливо отримати карту рельєфу проаналізованої зони.

Тонкий електронний зонд генерується електронною гарматою, яка грає роль джерела електронів, і фокусується електронними лінзами (зазвичай електромагнітними, іноді електростатичними). Скануючі котушки відхиляють зонд в двох взаімоперпендікулярних напрямках, скануючи поверхню зразка зондом, подібно скануванню електронним пучком екрану електронно-променевої трубки телевізора. Джерело електронів, електронні лінзи (зазвичай тороїдальні магнітні) і котушки, що відхиляють утворюють систему, звану електронної колоною.

У сучасних РЕМ зображення реєструється в цифровій формі, але перші РЕМи з'явилися на початку 1960 років задовго до поширення цифрової техніки і тому зображення формувалося способом синхронізації розгорток електронного пучка в кінескопі з електронним пучком в РЕМ і регулювання інтенсивності трубки вторинним сигналом. Зображення зразка тоді з'являлося на фосфоресцируют екрані кінескопа і могло бути зареєстровано на фотоплівці.