مقدمه ای بر اصول تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری

مقدمه ای بر اصول تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری

ساختار میکروسکوپ الکترونی عبوری از دو بخش تشکیل شده است: بخش اصلی سیستم روشنایی، سیستم تصویربرداری و استودیو مشاهده است. قسمت کمکی سیستم خلاء و سیستم الکتریکی است.

1. سیستم روشنایی

این سیستم به دو بخش تقسیم می شود: تفنگ الکترونی و کندانسور. تفنگ الکترونی از یک رشته (کاتد)، یک شبکه و یک آند تشکیل شده است. رشته گرمایش پرتوی از الکترون ساطع می کند. هنگامی که ولتاژ به آند اعمال می شود، الکترون ها شتاب می گیرند. تفاوت پتانسیل بین آند و کاتد کل ولتاژ شتاب دهنده است. الکترون های شتاب دار با انرژی از سوراخ های صفحه آند خارج می شوند. انرژی پرتو الکترونی ساطع شده با ولتاژ شتاب دهنده مرتبط است و شبکه نقش کنترل شکل پرتو الکترونی را ایفا می کند. پرتو الکترونی دارای زاویه واگرایی خاصی است. پس از تنظیم عدسی کندانسور، یک پرتو الکترونی موازی با زاویه واگرایی کوچک یا حتی صفر مشاهده می شود. چگالی جریان (جریان پرتو) پرتو الکترونی را می توان با تنظیم جریان عدسی کندانسور تنظیم کرد.

اندازه ناحیه روی نمونه که باید روشن شود به بزرگنمایی مربوط می شود. هر چه بزرگنمایی بیشتر باشد، ناحیه نوردهی کوچکتر است. بنابراین، یک پرتو الکترونی ظریف برای تابش نمونه مورد نیاز است. اندازه نقطه پرتو پرتو الکترونی که مستقیماً توسط تفنگ الکترونی ساطع می شود بزرگتر است و انسجام نیز ضعیف است. به منظور استفاده موثرتر از این الکترون ها و به دست آوردن پرتوهای الکترونی روشنایی با روشنایی بالا و انسجام خوب برای برآوردن نیازهای میکروسکوپ های الکترونی عبوری در بزرگنمایی های مختلف، پرتوهای الکترونی ساطع شده توسط تفنگ الکترونی باید بیشتر همگرا شوند تا نقاط پرتوی متفاوتی ارائه شود. اندازه. ، پرتوهای روشنایی تقریباً موازی. این کار معمولاً توسط دو عدسی الکترومغناطیسی به نام کندانسور انجام می شود. در شکل C1 و C2 به ترتیب نشان دهنده کندانسور اول و کندانسور دوم هستند. C1 معمولاً ثابت می ماند و نقش آن تنظیم محل تقاطع تفنگ های الکترونی است تا اندازه تصویر را بیش از یک مرتبه قدر کاهش دهد. علاوه بر این، یک دستگاه شیب پرتو در سیستم روشنایی تعبیه شده است که می تواند به راحتی پرتو الکترونی را در محدوده 2 درجه تا 3 درجه کج کند تا نمونه در زوایای شیب مختلف روشن شود.

2. سیستم تصویربرداری

این سیستم شامل عناصر نوری الکترونیکی مانند محفظه نمونه، عدسی شیئی، آینه میانی، دیافراگم کنتراست، دیافراگم پراش، لنز طرح‌کن و غیره است. محفظه نمونه دارای مکانیزمی است تا اطمینان حاصل شود که خلاء بدنه اصلی در هنگام تغییر مکرر نمونه آسیب نمی‌بیند. . نمونه را می توان در جهت X و Y حرکت داد تا موقعیتی که باید مشاهده شود را پیدا کند. پرتو الکترونی موازی که توسط عدسی همگرا به دست می‌آید به نمونه تابش می‌کند و پس از عبور از نمونه، اطلاعاتی را حمل می‌کند که ویژگی‌های نمونه را منعکس می‌کند. تصویر الکترونیکی تحت تأثیر عدسی شیئی و دیافراگم کنتراست تشکیل می شود و سپس توسط آینه میانی و عدسی طرح ریزی بزرگ می شود. تصویر الکترونیکی نهایی بر روی یک صفحه فلورسنت به دست می آید.

سیستم روشنایی یک پرتو الکترونی روشنگر منسجم را فراهم می کند، که اطلاعات ساختاری نمونه را پس از عبور از نمونه حمل می کند و در جهات مختلف منتشر می شود (به عنوان مثال، زمانی که یک گروه چهره کریستالی وجود دارد که معادله براگ را برآورده می کند، ممکن است 2 زاویه ایجاد شود. جهت قطع کننده پرتو پراش پرتو فرودی). اهداف از قسمت های مختلف نمونه با جهت انتشار یکسان می آیند. الکترون‌ها به یک نقطه در صفحه کانونی پشتی همگرا می‌شوند و الکترون‌هایی که در جهات مختلف حرکت می‌کنند نقاط مختلفی را بر این اساس تشکیل می‌دهند. یک پرتو مستقیم از زاویه پراکندگی صفر در نقطه کانونی هدف همگرا می شود و یک نقطه مرکزی را تشکیل می دهد. به این ترتیب یک الگوی پراش در صفحه کانونی پشتی شی شکل می گیرد. در صفحه تصویر هدف، این پرتوهای الکترونی برای تصویربرداری منسجم دوباره ترکیب می شوند. با تنظیم جریان عدسی لنز میانی، صفحه جسم عدسی میانی و صفحه کانونی پشتی لنز شیئی با هم منطبق می شوند که می تواند روی صفحه فلورسنت نمایش داده شود. الگوی پراش به دست آمده در بالا می تواند صفحه جسم عدسی میانی را با صفحه تصویر عدسی شیئی منطبق کند و در نتیجه یک تصویر میکروسکوپی به دست آید. با همکاری دو آینه میانی، طول و بزرگنمایی دوربین را می توان در محدوده بزرگتری تنظیم کرد.

3. استودیو رصد

تصویر الکترونیکی روی صفحه فلورسنت منعکس می شود. نور فلورسنت با جریان پرتو الکترونی متناسب است. برای عکس گرفتن از صفحه خشک الکترونیکی به جای صفحه فلورسنت استفاده کنید. قابلیت حساسیت به نور صفحه خشک به طول موج آن مربوط می شود.

4. سیستم خلاء

سیستم خلاء شامل پمپ مکانیکی، پمپ انتشار روغن، پمپ یون، ابزار اندازه گیری خلاء و خط لوله خلاء است. عملکرد آن حذف گاز در بشکه لنز است، به طوری که درجه خلاء بشکه لنز باید حداقل به 10-5 Torr برسد و بهترین درجه خلاء می تواند به 10-9-10-10 Torr برسد. اگر خلاء کم باشد، برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز می تواند باعث پراکندگی شود و بر کنتراست تأثیر بگذارد. همچنین باعث یونیزاسیون ولتاژ بالا بین شبکه الکترونی و آند می شود و باعث تخلیه بین الکترود می شود. گازهای باقیمانده نیز می توانند رشته را خورده و نمونه را آلوده کنند.

5. سیستم کنترل قدرت

ناپایداری ولتاژ شتاب دهنده و جریان مغناطیسی عدسی می تواند باعث انحراف رنگی جدی شود و وضوح میکروسکوپ الکترونی را کاهش دهد. بنابراین، پایداری ولتاژ شتاب دهنده و جریان عدسی یک معیار مهم برای اندازه گیری عملکرد میکروسکوپ الکترونی است. مدار TEM عمدتاً از بخش های زیر تشکیل شده است: منبع تغذیه ولتاژ بالا DC، منبع تغذیه تحریک لنز، منبع تغذیه سیم پیچ انحرافی، منبع تغذیه گرمایش رشته تفنگ الکترونی، مدار کنترل سیستم خلاء، منبع تغذیه پمپ خلاء، دستگاه درایو دوربین و نوردهی خودکار جریان.

علاوه بر این، بسیاری از میکروسکوپ‌های الکترونی با کارایی بالا مجهز به لوازم جانبی اسکن، طیف‌سنجی انرژی، طیف‌سنجی از دست دادن انرژی الکترون هستند.