مقدمه ای بر اصل ترکیب میکروسکوپ الکترونی
یک میکروسکوپ الکترونی از یک بشکه عدسی، یک سیستم خلاء و یک کابینت برق تشکیل شده است. لوله لنز عمدتاً شامل تفنگ الکترونی، لنز الکترونی، نگهدارنده نمونه، صفحه فلورسنت و مکانیسم دوربین است که معمولاً در یک ستون از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از یک پمپ خلاء مکانیکی، یک پمپ انتشار و یک شیر خلاء تشکیل شده است و از طریق یک خط لوله استخراج هوا به بشکه لنز متصل می شود. کابینت برق از ژنراتور ولتاژ بالا، تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای کنترل تنظیم مختلف تشکیل شده است.
عدسی الکترونی مهمترین بخش در بشکه عدسی میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی متقارن با محور لوله عدسی استفاده میکند تا مسیر الکترون را به محور خم کند تا تمرکز ایجاد کند، که شبیه به عدسی محدب شیشهای برای متمرکز کردن پرتو نور است، بنابراین به آن میگویند. عدسی الکترونی اکثر میکروسکوپهای الکترونی مدرن از عدسیهای الکترومغناطیسی استفاده میکنند و میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار که از یک سیمپیچ با کفشکهای قطبی عبور میکند، الکترونها را متمرکز میکند.
تفنگ الکترونی یک جزء متشکل از یک کاتد داغ رشته تنگستن، یک شبکه و یک کاتد است. این می تواند یک پرتو الکترونی را با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب دهنده باید کمتر از یک ده هزارم نباشد.
میکروسکوپ الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربرد به میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی بازتابی و میکروسکوپ الکترونی گسیلی تقسیم کرد. میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) اغلب برای مشاهده ساختار مواد ریز که با میکروسکوپ معمولی قابل تشخیص نیست استفاده می شود. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطح جامد استفاده می شود و همچنین می تواند با پراش اشعه ایکس یا طیف سنج انرژی الکترونی ترکیب شود. میکرو الکترونی از پراکندگی پرتو الکترونی توسط اتم های نمونه تشکیل می شود. در قسمت نازک یا کم چگالی نمونه، پرتو الکترونی کمتر پراکنده میشود، بنابراین الکترونهای بیشتری از دیافراگم هدف عبور کرده و در تصویربرداری شرکت میکنند که باعث میشود در تصویر روشنتر به نظر برسند. برعکس، قسمت ضخیم تر یا متراکم تر نمونه در تصویر تیره تر به نظر می رسد. اگر نمونه خیلی ضخیم یا خیلی متراکم باشد، کنتراست تصویر بدتر می شود و حتی با جذب انرژی پرتو الکترونی آسیب می بیند یا از بین می رود.
بالای لوله عدسی میکروسکوپ الکترونی عبوری یک تفنگ الکترونی است. الکترون ها توسط کاتد داغ رشته تنگستن ساطع می شوند و توسط عدسی های کندانسور اول و دوم متمرکز می شوند. پس از اینکه پرتو الکترونی از نمونه عبور کرد، توسط عدسی شیئی روی آینه میانی تصویربرداری می شود و سپس توسط آینه میانی و آینه پیش بینی شده گام به گام تقویت می شود و روی صفحه فلورسنت یا صفحه عکاسی تصویربرداری می شود.
بزرگنمایی آینه میانی را می توان با تنظیم جریان تحریک به طور مداوم از چند ده بار به چند صد هزار بار تغییر داد. با تغییر فاصله کانونی آینه میانی، می توان تصویر میکروسکوپی الکترونی و تصویر پراش الکترونی را در قسمت کوچک همان نمونه به دست آورد. به منظور مطالعه نمونه های برش فلز ضخیم، یک میکروسکوپ الکترونی ولتاژ فوق العاده بالا با ولتاژ شتاب دهنده 3500 کیلو ولت توسط آزمایشگاه اپتیک الکترون در Dulos، فرانسه ساخته شد.
پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند، بلکه فقط روی سطح نمونه اسکن می کند تا الکترون های ثانویه را تحریک کند. کریستال سوسوزن قرار داده شده در کنار نمونه، این الکترون های ثانویه را دریافت می کند و شدت پرتو الکترونی لوله تصویر را پس از تقویت تعدیل می کند، بنابراین روشنایی صفحه نمایش لوله تصویر را تغییر می دهد. سیم پیچ انحراف لوله تصویر اسکن همزمان با پرتو الکترونی روی سطح نمونه را حفظ می کند، به طوری که صفحه فلورسنت لوله تصویر تصویر مورفولوژیکی سطح نمونه را نشان می دهد که مشابه اصل کار تلویزیون های صنعتی است.
وضوح میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً به قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه بستگی دارد. بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها تا صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصویر دارای حس سه بعدی قوی است. ترکیب این ماده را می توان با استفاده از اطلاعات الکترون های ثانویه، الکترون های جذب شده و اشعه ایکس تولید شده از برهمکنش بین پرتو الکترونی و ماده تجزیه و تحلیل کرد.
تفنگ الکترونی و کندانسور میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای نازکتر کردن پرتو الکترونی، یک عدسی شیئی و یک دیفیوزر آستیگماتیک زیر کندانسور اضافه میشود و دو مجموعه اسکن میشوند. سیم پیچ های عمود بر یکدیگر نیز در عدسی شیئی نصب می شوند. یک میز نمونه که می تواند حرکت کند، بچرخد و کج شود در محفظه نمونه زیر عدسی شیئی نصب شده است.
