Johdatus lähetyselektronimikroskoopin kuvantamisperiaatteisiin
Transmissioelektronimikroskoopin rakenne koostuu kahdesta osasta: pääosa on valaistusjärjestelmä, kuvantamisjärjestelmä ja havaintostudio; apuosa on tyhjiöjärjestelmä ja sähköjärjestelmä.
1. Valaistusjärjestelmä
Järjestelmä on jaettu kahteen osaan: elektronitykki ja lauhdutin. Elektronitykki koostuu filamentista (katodista), hilasta ja anodista. Kuumennuslanka lähettää elektronisuihkua. Kun anodille syötetään jännite, elektronit kiihtyvät. Potentiaaliero anodin ja katodin välillä on kokonaiskiihdytysjännite. Kiihdytetyt elektronit, joilla on energiaa, sinkoutuvat anodilevyn reikistä. Säteilevän elektronisäteen energia liittyy kiihdytysjännitteeseen, ja hila ohjaa elektronisäteen muotoa. Elektronisuihkulla on tietty hajaantumiskulma. Kondensaattorilinssin säätämisen jälkeen voidaan nähdä rinnakkainen elektronisuihku, jolla on pieni tai jopa nollahajotuskulma. Elektronisuihkun virrantiheyttä (sädevirtaa) voidaan säätää säätämällä kondensaattorilinssin virtaa.
Näytteen valaistettavan alueen koko on suhteessa suurennukseen. Mitä suurempi suurennus, sitä pienempi on valaistu alue. Siksi näytteen säteilyttämiseen tarvitaan hienompaa elektronisuihkua. Elektronitykin suoraan lähettämän elektronisuihkun säteen pistekoko on suurempi ja koherenssi on myös huono. Jotta näitä elektroneja voitaisiin hyödyntää tehokkaammin ja saada aikaan korkean kirkkauden ja hyvän koherenssin omaavia valaisevia elektronisuihkuja, jotka täyttävät transmissioelektronimikroskooppien tarpeet eri suurennoksilla, elektronipistoolin lähettämiä elektronisäteitä on lähennettävä edelleen erilaisten sädepisteiden aikaansaamiseksi. koko. , suunnilleen yhdensuuntaiset valonsäteet. Tämä tehtävä suoritetaan yleensä kahdella sähkömagneettisella linssillä, joita kutsutaan kondensaattoreiksi. Kuvassa C1 ja C2 edustavat ensimmäistä lauhdutinta ja toista lauhdutinta, vastaavasti. C1 pysyy yleensä samana, ja sen tehtävänä on asettaa elektronitykkien leikkauspiste pienentämään kuvan kokoa yli suuruusluokan. Lisäksi valaistusjärjestelmään on asennettu säteen kallistuslaite, jolla voidaan helposti kallistaa elektronisädettä välillä 2-3 astetta näytteen valaisemiseksi eri kallistuskulmissa.
2. Kuvantamisjärjestelmä
Järjestelmä sisältää elektronisia optisia elementtejä, kuten näytekammio, objektiivilinssi, välipeili, kontrastikalvo, diffraktiokalvo, projektiolinssi jne. Näytekammiossa on mekanismi, joka varmistaa, että päärungon tyhjiö ei vaurioidu toistuvien näytteiden vaihdon aikana . Näytettä voidaan liikuttaa X- ja Y-suunnassa, jotta löydetään tarkkailtava paikka. Suppenevan linssin aikaansaama yhdensuuntainen elektronisuihku säteilyttää näytettä ja kuljettaa informaatiota, joka heijastaa näytteen ominaisuuksia sen jälkeen, kun se on kulkenut näytteen läpi. Elektroninen kuva muodostuu objektiivilinssin ja kontrastikalvon vaikutuksesta, minkä jälkeen sitä suurentaa välipeili ja projektiolinssi. Lopullinen elektroninen kuva saadaan fluoresoivalla näytöllä.
Valaistusjärjestelmä tarjoaa koherentin valaisevan elektronisuihkun, joka kuljettaa näytteen rakenteellista tietoa näytteen läpi kulkemisen jälkeen ja etenee eri suuntiin (esimerkiksi kun on Braggin yhtälön täyttävä kidepintaryhmä, voidaan muodostaa 2 kulmaa. suunta, joka leikkaa tulevan säteen taittuneen säteen). Tavoitteet tulevat näytteen eri osista samalla etenemissuunnalla. Elektronit konvergoivat yhdeksi pisteeksi takapolttotasolla, ja eri suuntiin kulkevat elektronit muodostavat eri täpliä vastaavasti. Suora säde, jonka sirontakulma on nolla, suppenee objektiivin polttopisteessä muodostaen keskipisteen. Tällä tavalla objektiivin takapolttotasolle muodostuu diffraktiokuvio. Objektiivin kuvatasolla nämä elektronisäteet yhdistyvät uudelleen koherenttia kuvantamista varten. Säätämällä välilinssin linssivirtaa välilinssin kohdetaso ja objektiivin takapolttotaso kohtaavat, mikä voidaan näyttää fluoresoivalla näytöllä. Edellä saatu diffraktiokuvio voi saada välilinssin kohdetason yhteneväiseksi objektiivilinssin kuvatason kanssa, jolloin saadaan mikroskooppinen kuva. Kahden välipeilin yhteistyöllä kameran pituutta ja suurennusta voidaan säätää suuremmalla alueella.
3. Havaintostudio
Elektroninen kuva heijastuu fluoresoivasta näytöstä. Fluoresoiva valo on verrannollinen elektronisäteen virtaan. Käytä kuvien ottamiseen elektronista kuivalevyä fluoresoivan näytön sijaan. Kuivan levyn valoherkkyys liittyy sen aallonpituuteen.
4. Tyhjiöjärjestelmä
Tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisesta pumpusta, öljydiffuusiopumpusta, ionipumpusta, alipainemittauslaitteesta ja tyhjiöputkesta. Sen tehtävänä on poistaa kaasua linssin säiliöstä siten, että linssin säiliön tyhjiöasteen on oltava vähintään 10-5 Torr ja paras tyhjiöaste voi olla 10-9-10-10 Torr. Jos tyhjiö on pieni, elektronien ja kaasumolekyylien väliset törmäykset voivat aiheuttaa sirontaa ja vaikuttaa kontrastiin. Se aiheuttaa myös suurjänniteionisaatiota elektroniverkon ja anodin välillä, mikä aiheuttaa elektrodien välistä purkausta. Jäännöskaasut voivat myös syövyttää filamenttia ja saastuttaa näytteen.
5. Tehonohjausjärjestelmä
Kiihdyttävän jännitteen ja linssin magneettivirran epävakaus voi aiheuttaa vakavia kromaattisia poikkeamia ja heikentää elektronimikroskoopin resoluutiota. Siksi kiihdytysjännitteen ja linssivirran stabiilius on tärkeä kriteeri mitattaessa elektronimikroskoopin suorituskykyä. TEM-piiri koostuu pääasiassa seuraavista osista: korkeajännitteinen tasavirtalähde, linssin viritysvirtalähde, poikkeutuskelan virtalähde, elektronipistoolin filamentin lämmitysvirtalähde, tyhjiöjärjestelmän ohjauspiiri, tyhjiöpumpun virtalähde, kameran käyttölaite ja automaattinen valotus piiri.
Lisäksi monet korkean suorituskyvyn elektronimikroskoopit on varustettu skannauslaitteilla, energiaspektroskopialla ja elektronienergiahäviöspektroskopialla.
