Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа. Растровый электронный микроскоп. Принцип работы растрового электронного микроскопа. Общее описание растрового электронного микроскопа, страница 2

Осветительной системой служит электронная пушка, состоя­щая из нагреваемой нити (к которой приложен высокий ускоряю­щий потенциал), окруженной экраном, так называемым цилинд­ром Венельта, на который подается потенциал смещения. Ниже расположен заземленный анод с отверстием в центре, через кото­рое ускоряемые электроны попадают в колонну микроскопа. В сущности пушка напоминает большую триодную лампу. По ускоряющим напряжениям микроскопы условно можно разбить на две группы. В обычных микроскопах применяют напряжения от 20 до 120 кВ (как правило, имеется возможность выбора одно­го из нескольких промежуточных напряжений), тогда как в вы­соковольтных микроскопах применяют напряжения от 200 до 1000 кВ.

2.1 Линзы

Вследствие конструктивных ограничений апертуры электрон­ных линз гораздо меньше апертур стеклянных линз оптического микроскопа. Поле зрения в электронном микроскопе ограничи­вается управляемыми апертурами. Типичная электромагнитная объективная линза с фокусным расстоянием 2,5 мм (2500 мкм) и отверстием диаметром 50 мкм имеет половину апертурного угла, равную 5^.10^-3 рад, в то время как для хорошего оптического объектива она составляет ~ 60°. Некоторой компенсацией за низкую «светосилу» электронной линзы является ее большая глубина резкости (~2 мкм) и глубина фокуса, измеряемая в метрах.

Большинство современных микроскопов имеет от четырех до шести линз. Конденсорная линза (или линзы) фокусирует элект­ронный пучок на образец (рис.1). Применение двухлинзового конденсора описано ниже.

Объективная линза формирует первое увеличенное изобра­жение, которое далее увеличивается проекционной линзой, даю­щей окончательное изображение. Его можно увидеть с помощью флуоресцентного экрана. Для регистрации изображения экран сдвигается в сторону и производится экспозиция фотопластинки или пленки.

Как правило, все детали, которые могут быть разрешены с помощью оптического микроскопа, можно увидеть при увеличе­нии ~500. Большие увеличения позволяют лучше наблюдать отдельные детали, но не улучшают разрешения. Для того чтобы эффективно использовать более высокую разрешающую способ­ность электронного микроскопа, необходимы увеличения поряд­ка 200 000 и выше. Такие увеличения не могут быть получены с помощью двух линз, поэтому применяют три ступени увеличе­ния. Между объективной и проекционной линзами помещают про­межуточную, как показано на рис. 2.

Рис. 1 - Схемы распространения лучей в оптическом и электронном микро­скопах: аналогия между оптическим и двухступенчатым электронным микроскопами.

ЛЕКЦИЯ 6

На практике объективная линза обычно дает изображение с фиксированным увеличением, определяемым положением образ­ца и величиной фокусного расстояния, а проекционная линза имеет несколько ступеней увеличения. Различные увеличения внутри фиксированных таким образом диапазонов получают ре­гулировкой силы тока в промежуточной линзе. Требуемое уве­личение определяется типом образца, но чаще бывает удобнее использовать несколько фиксированных увеличений, что облег­чает сопоставление снимков при изучении определенного типа образца. Например, реплики многих сталей удобно исследовать при увеличениях 2000, 5000, 10 000 и 25 000. Кроме того, изоб­ражения на фотоснимках могут быть дополнительно увеличены до 5 раз без ухудшения качества за счет зернистости фото­эмульсии.

2.2. Двухлинзовый конденсор.

Конденсорная линза фокусирует электроны на образец.

Рис. 2 — Трехступенчатый электронный микроскоп; электронограф с образцом в нор­мальном положении.

При изменении фокусного расстояния конденсора пучок может рас­ширяться, при этом увеличивается освещаемая область и умень­шается плотность тока на образцах.

С помощью конденсора, состоящего из одной линзы, размер освещаемой области на образце обычно может быть сделан при­близительно равным размерам источника, т. е. около 40 мкм в диаметре. Это значение намного больше, чем нужно для всех увеличений, за исключением самых небольших; при увеличении 10 000 оно соответствует размерам конечного изображения около 40 см. В результате освещаемая область образца существенно больше исследуемой. Это может вызывать нагрев образца и за­грязнение его значительных участков углеродом, который обра­зуется в результате реакции восстановления адсорбированных на образце молекул углеводородов при электронной бомбарди­ровке.