19852

Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Схема ПЭМ

Лекция

Физика

Лекция 17 Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа ПЭМ. Схема ПЭМ. Все современные просвечивающие электронные микроскопы ПЭМ могут работать в двух режимах в режиме изображения и в режиме дифракции. Ход лучей в этих режимах указан на рис. 17: а режим ...

Русский

2013-07-18

1007 KB

75 чел.

Лекция 17

Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Схема ПЭМ.

Все современные просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) могут работать в двух режимах – в режиме изображения и в режиме дифракции. Ход лучей в этих режимах указан на рис. 17: а – режим изображения; б – режим микродифракции.

Электронный пучок формируется в ускорительной колонне 1, состоящей из электронной пушки, секционной ускорительной трубки (обычно 6 секций) и системы отклонения. Энергия электронов на выходе ускорительной колонны, определяется величиной ускоряющего напряжения на электронной пушке и в различных типах ПЭМ может меняться в пределах 20-200 кэВ. Чем больше энергия электронов, тем меньше длина волны, тем больше проникающая способность электронов.

После ускорительной колонны установлена система конденсорных линз 2, назначение которой получить электронный пучок с минимальным угловым расхождением. Ускорительная колонна совместно с системой конденсорных линз позволяет получать электронные пучки разного диаметра. Минимальный диаметр электронного пучка в ПЭМ может составлять несколько нанометров, что позволяет получать дифракцию от локальной области такого же диаметра в режиме микролучевой дифракции. При работе в режиме изображений при помощи системы конденсорных линз получают параллельный пучок электронов. Система отклонения предназначена для электронного наклона пучка в режиме изображения и дифракции.

Ускорительная колонна и система конденсорных линз образуют осветитель.

За системой конденсорных линз расположена объективная линза. Держатель с образцом 3 устанавливается  в зазор полюсного наконечника объективной линзы, так чтобы образец находился в предполье объективной линзы. Гониометрическая головка позволяет осуществлять поворот образца относительно электронного пучка на угол ± 12º. Так как в просвечивающей электронной микроскопии изображение формируется электронами, прошедшими через образец, то его толщина должна быть много меньше длины пробега электронов в материале образца.

Пройдя через образец, электроны попадают в объективную линзу 4. Данная короткофокусная (несколько мм) линза, имеющая небольшое увеличение (~ 50), является ключевой в дальнейшем формировании изображения, поэтому она снабжена корректором астигматизма стигматором. Диафрагма объективной линзы расположена на задней фокальной плоскости объективной линзы. В последних моделях микроскопов изображения выводятся на монитор компьютера при помощи цифровых ПЗС камер.

В ПЭМ используются электромагнитные линзы, которые состоят из обмотки, магнитопровода и полюсного наконечника. Полюсный наконечник является концентратором магнитного поля. Полюсный наконечник имеет форму круговой симметрии. В центре имеется отверстие с некоторым радиусом и зазор между полюсами. В результате такой конструкции полюсного наконечника, магнитный поток сжимается в зазоре. Электроны, проходя через объективную линзу, под действием магнитного поля отклоняются в направлении оптической оси и фокусируются в определенной точке оптической оси (в фокусе линзы).

Стандартная вакуумная система ПЭМ приведена на рис. 17.2. Вакуум создается форвакуумным насосом роторного типа (РН) и двумя диффузионными насосами (ДН). Давление контролируется четырьмя тепловыми датчиками низкого вакуума (Р1-Р4) и одним ионизационным датчиком высокого вакуума Пеннинга (РЕ). В вакуумной системе применены электромагнитные и пневматические клапана (обозначены V). Вакуумная система должна обеспечить давление в колонне микроскопа не хуже 10-6 Тор.

Микроскоп может комплектоваться дополнительными устройствами для нагрева, охлаждения, растяжения образца.

Формирование электронно-микро-скопического изображения коротко можно описать следующим образом. Электронный пучок, сформированный осветительной системой, падает на объект и рассеивается. Далее, рассеянная волна объективной линзой преобразуется в изображение. Образованное объективной линзой изображение увеличивается промежуточными линзами и проецируется проекционной линзой либо на экран для наблюдения, либо на фотопластины или выводится на дисплей монитора.

Волновую функцию изображения в операторном виде можно записать в виде

и=F-1TFq0,

где 0-падающая волна.

Проходя через образец, 0 взаимодействует с потенциалом объекта. Электронная волна на нижней поверхности образца имеет вид q0, где q- функция прохождения. Рассеяние, дифракция волны q0 описывается действием оператора Фурье F. Следовательно, на задней фокальной плоскости объективной линзы электронная волна имеет вид Fq0, которая модифицируется передаточной функцией Т объективной линзы. Преобразование рассеянной волны в волновую функцию изображения описывается оператором обратного преобразования Фурье F-1. Тогда распределение интенсивности электронов на экране будет равняться I = ии*.

Механизм формирования контраста в электронной линзе такой же, как формирование контраста в геометрической оптике с оптическими линзами. На рис. 17.3 показан ход лучей при образовании дифракционного контраста. Диафрагма объективной линзы установлена так, что она пропускает только центральный пучок, а отраженные электроны не достигают конечного изображения. Изображение будет сформировано из центрального пучка и электронов, неупруго рассеянных под малыми углами. Изображение является однолучевым и оно, в этом случае, называется светлопольным. Полученный контраст обусловлен распределением интенсивности электронов, отраженных по закону Вульфа-Брэгга и поэтому получил название дифракционный контраст. При пропускании через диафрагму двух и более пучков (в том числе и центральный пучок), получаем многолучевое светлопольное изображение. На таких изображениях преобладает фазовый контраст.

Изображения можно получить, пропуская через диафрагму объективной линзы только дифрагированные пучки. Тогда полученные изображения называются темнопольными и они так же бывают однолучевыми и многолучевыми.

Электронный микроскоп является сложным электрофизическим устройством. Детали оптической системы изготовляются из специальных материалов с высокой точностью. Колонна микроскопа должна обладать высокой виброустойчивостью, питание линз и ускоряющее напряжение должны иметь высокую стабильность.

Основными характеристиками просвечивающего электронного микроскопа являются разрешение и максимальное ускоряющее напряжение. Различают два типа разрешения – разрешение по точкам и по линиям. Обычно ПЭМ имеет разрешение по точкам ~ 2,5 Å и разрешение по линиям ~ 1,5 Å.

На просвечивающие электронные микроскопы могут устанавливаться различные приставки-анализаторы. В этом случае электронный микроскоп называют аналитическим, и он обладает такими же возможностями, что и другие аналитические устройства.

Установка на ПЭМ рентгеновского энергодисперсионного анализатора позволяет определить элементный состав, а в сочетании со сканирующей приставкой – элементное картирование по площади с привязкой к структуре образца. Другим устройством для определения элементного состава, устанавливаемым на микроскопах, является анализатор потери энергии электронов.

Рис. 17.3 9

Рис. 17.2

Рис. 17.1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33438. Выручка от реализации: способы определения, назначение 24.28 KB
  Выручка отличается от прибыли так как прибыль это выручка минус расходы издержки которые компания понесла в процессе производства своих продуктов. Для благотворительных организаций выручка включает общую стоимость полученных денежных подарков. Выручка от реализации продукции работ услуг включает в себя денежные средства либо иное имущество в денежном выражении полученные или подлежащие получению в результате реализации товаров готовой продукции работ услуг по ценам тарифам в соответствии с договорами.
33439. УПРАВЛЕНИЕ ДЕБИТОРСКОЙ ЗАДОЛЖНОСТЬЮ ВИДЫ 22.48 KB
  RTR = продажи в кредит или выручка средняя дебиторская задолженность. Дебиторская задолженность делится на две группы: 1. дебиторская задолженность за товары работы и услуги срок оплаты которых не наступил.
33440. Источники финансирование предпринимательской деятельности 22.54 KB
  Источники финансирования предпринимательской деятельности делятся на три группы: 1 собственные средства основателей бизнеса; 2 заёмные средства; 3 акционерный капитал. Заёмные средства представляют собой денежные или материальные средства имеющиеся в распоряжении предпринимателя в результате получения денежного или материального кредита. Акционерный капитал денежные средства имеющиеся в распоряжении предпринимателя в результате продажи обыкновенных акций компании.
33441. Предпринимательский риск 22.23 KB
  В литературе выделяются следующие типы риска: экономический технический политический. Дадим краткую характеристику экономическому риску которому в наибольшей мере подвержено туристское предприятие. Экономический риск включает следующие риски : производственный; коммерческий; кредитный; инвестиционный; валютный; инфляционный и др.
33442. Производственные затраты предприятия 22.83 KB
  Первая из них по экономическим элементам применяется при формировании себестоимости на предприятии в целом и включает в себя пять основных групп расходов: материальные затраты; затраты на оплату труда; отчисления на социальные нужды; амортизация основных фондов; прочие затраты. По статьям расходов затраты группируются в зависимости от места и цели назначения их возникновения и относятся на каждый вид изделия прямым или косвенным методом. По характеру участия в создании продукции работ услуг Выделяют основные расходы...
33443. Оборотный капитал 27.16 KB
  Оборотные средства также называемые оборотным капиталом те средства которые компания использует для осуществления своей повседневной деятельности целиком потребляемые в течение производственного цикла. Классификация оборотных средств Оборотные производственные фонды оборотные средства в сфере производства и в процессе производства 1Производственные запасы: сырье основные материалы покупные полуфабрикаты топливо вспомогательные материалы МБП. 2Средства в процессе производства: незавершенное производство полуфабрикаты собственной...
33444. Основной капитал 22.48 KB
  Основные средства организации используются в течение определенных сроков которые определяются по каждому виду или объекту основных средств организации самостоятельно и называются сроками полезного использования основных средств. Основные средства играют очень большую роль в деятельности любой организации основные средства часть имущества отражаемая в первом разделе баланса организации; основные средства в организации формируют налогооблагаемую базу по налогу на имущество; при заключении крупных контрактов тендеров организации...
33445. Основные фонды 27.08 KB
  Выделяются следующие группы и подгруппы основных производственных фондов: 1Здания корпуса цехов складские помещения производственные лаборатории и т. К активной части основных фондов относят машины и оборудование транспортные средства инструменты. К пассивной части основных фондов относят все остальные группы основных фондов. Учет основных фондов в натуральном выражении необходимы для определения технического состава и баланса оборудования; для расчета производственной мощности предприятия и его производственных подразделений; для...
33446. Основные этапы прогнозирования 22.04 KB
  В процессе финансового прогнозирования для расчета финансовых показателей используются такие специфические методы как математическое моделирование эконометрическое прогнозирование экспертные оценки построение трендов и составление сценариев стохастические методы. Математическое моделирование позволяет учесть множество взаимосвязанных факторов влияющих на показатели финансового прогноза выбрать из нескольких вариантов проекта прогноза наиболее соответствующий принятой концепции производственного социальноэкономического развития и целям...