Introduzione ai principi di imaging della microscopia elettronica a trasmissione
La struttura del microscopio elettronico a trasmissione è composta da due parti: la parte principale è il sistema di illuminazione, il sistema di imaging e lo studio di osservazione; la parte ausiliaria è l'impianto di aspirazione e l'impianto elettrico.
1. Sistema di illuminazione
Il sistema è diviso in due parti: cannone elettronico e condensatore. Un cannone elettronico è costituito da un filamento (catodo), una griglia e un anodo. Il filamento riscaldante emette un fascio di elettroni. Quando viene applicata una tensione all'anodo, gli elettroni vengono accelerati. La differenza di potenziale tra anodo e catodo è la tensione di accelerazione totale. Gli elettroni accelerati con energia vengono espulsi dai fori nella piastra anodica. L'energia del fascio di elettroni emesso è correlata alla tensione di accelerazione e la griglia svolge il ruolo di controllare la forma del fascio di elettroni. Il fascio di elettroni ha un certo angolo di divergenza. Dopo aver regolato la lente del condensatore, è possibile vedere un fascio di elettroni parallelo con un angolo di divergenza piccolo o addirittura nullo. La densità di corrente (corrente del fascio) del fascio di elettroni può essere regolata regolando la corrente della lente del condensatore.
La dimensione dell'area del campione che deve essere illuminata è correlata all'ingrandimento. Maggiore è l'ingrandimento, minore è l'area illuminata. Pertanto, è necessario un fascio di elettroni più fine per irradiare il campione. La dimensione dello spot del fascio di elettroni emesso direttamente dal cannone elettronico è maggiore e anche la coerenza è scarsa. Per utilizzare questi elettroni in modo più efficace e ottenere fasci di elettroni di illuminazione con elevata luminosità e buona coerenza per soddisfare le esigenze dei microscopi elettronici a trasmissione a diversi ingrandimenti, i fasci di elettroni emessi dal cannone elettronico devono essere ulteriormente convergenti per fornire diversi punti del fascio. taglia. , fasci di illuminazione approssimativamente paralleli. Questo compito è solitamente svolto da due lenti elettromagnetiche chiamate condensatori. Nella figura C1 e C2 rappresentano rispettivamente il primo condensatore ed il secondo condensatore. C1 di solito rimane lo stesso e il suo ruolo è impostare l'intersezione dei cannoni elettronici per ridurre le dimensioni dell'immagine di oltre un ordine di grandezza. Inoltre, nel sistema di illuminazione è installato un dispositivo di inclinazione del fascio, che può facilmente inclinare il fascio di elettroni nell'intervallo da 2 gradi a 3 gradi per illuminare il campione con diversi angoli di inclinazione.
2. Sistema di imaging
Il sistema include elementi ottici elettronici come la camera del campione, la lente dell'obiettivo, lo specchio intermedio, il diaframma di contrasto, il diaframma di diffrazione, la lente di proiezione, ecc. La camera del campione è dotata di un meccanismo per garantire che il vuoto del corpo principale non venga danneggiato durante i frequenti cambi del campione . Il campione può essere spostato nelle direzioni X e Y per trovare la posizione da osservare. Il fascio di elettroni paralleli ottenuto dalla lente convergente irradia il campione e trasporta informazioni che riflettono le caratteristiche del campione dopo il passaggio attraverso il campione. L'immagine elettronica viene formata sotto l'azione della lente dell'obiettivo e del diaframma di contrasto, quindi ingrandita dallo specchio intermedio e dalla lente di proiezione. L'immagine elettronica finale è ottenuta su uno schermo fluorescente.
Il sistema di illuminazione fornisce un fascio di elettroni illuminante coerente, che trasporta le informazioni strutturali del campione dopo essere passato attraverso il campione e si propaga in diverse direzioni (ad esempio, quando c'è un gruppo di facce cristalline che soddisfa l'equazione di Bragg, possono essere generati 2 angoli in la direzione che interseca il fascio diffratto del fascio incidente). Gli obiettivi proverranno da diverse parti del campione con la stessa direzione di propagazione. Gli elettroni convergono in un unico punto sul piano focale posteriore e gli elettroni che viaggiano in direzioni diverse formano punti diversi di conseguenza. Un raggio diretto di angolo di diffusione zero converge al punto focale dell'obiettivo, formando un punto centrale. In questo modo si forma un pattern di diffrazione sul piano focale posteriore dell'obiettivo. Sul piano dell'immagine dell'obiettivo, questi fasci di elettroni si ricombinano per ottenere immagini coerenti. Regolando la corrente dell'obiettivo dell'obiettivo intermedio, il piano dell'oggetto dell'obiettivo intermedio e il piano focale posteriore dell'obiettivo dell'obiettivo coincidono, che possono essere visualizzati sullo schermo fluorescente. Il modello di diffrazione ottenuto sopra può far coincidere il piano dell'oggetto della lente intermedia con il piano dell'immagine della lente dell'obiettivo, ottenendo così un'immagine microscopica. Attraverso la cooperazione dei due specchi intermedi, la lunghezza e l'ingrandimento della fotocamera possono essere regolati entro un intervallo più ampio.
3. Studio di osservazione
L'immagine elettronica viene riflessa sullo schermo fluorescente. La luce fluorescente è proporzionale alla corrente del fascio di elettroni. Utilizzare una piastra a secco elettronica invece di uno schermo fluorescente per scattare foto. La capacità fotosensibile della lastra secca è correlata alla sua lunghezza d'onda.
4. Sistema sottovuoto
Il sistema del vuoto è costituito da pompa meccanica, pompa di diffusione dell'olio, pompa ionica, strumento di misura del vuoto e tubazione del vuoto. La sua funzione è rimuovere il gas nel barilotto dell'obiettivo, in modo che il grado di vuoto del barilotto dell'obiettivo deve raggiungere almeno 10-5 Torr e il miglior grado di vuoto può raggiungere 10-9-10-10 Torr. Se il vuoto è basso, le collisioni tra elettroni e molecole di gas possono causare dispersione e influenzare il contrasto. Provocherà anche la ionizzazione ad alta tensione tra la griglia elettronica e l'anodo, provocando la scarica tra gli elettrodi. I gas residui possono anche corrodere il filamento e contaminare il campione.
5. Sistema di controllo della potenza
L'instabilità della tensione di accelerazione e della corrente magnetica dell'obiettivo può causare gravi aberrazioni cromatiche e ridurre la risoluzione del microscopio elettronico. Pertanto, la stabilità della tensione di accelerazione e della corrente dell'obiettivo è un criterio importante per misurare le prestazioni del microscopio elettronico. Il circuito TEM è composto principalmente dalle seguenti parti: alimentazione CC ad alta tensione, alimentazione di eccitazione dell'obiettivo, alimentazione della bobina di deflessione, alimentazione di riscaldamento del filamento della pistola elettronica, circuito di controllo del sistema del vuoto, alimentazione della pompa del vuoto, dispositivo di azionamento della fotocamera ed esposizione automatica circuito.
Inoltre, molti microscopi elettronici ad alte prestazioni sono dotati di accessori di scansione, spettroscopia di energia, spettroscopia di perdita di energia di elettroni.
