اصل ترکیب میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ الکترونی از سه قسمت تشکیل شده است: بشکه لنز، سیستم خلاء و کابینت منبع تغذیه. لوله لنز عمدتاً شامل تفنگ های الکترونی، لنزهای الکترونی، نگهدارنده های نمونه، صفحه های فلورسنت و مکانیسم های دوربین است. این اجزا معمولاً در یک ستون از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از پمپ های خلاء مکانیکی، پمپ های انتشار و دریچه های خلاء تشکیل شده است. خط لوله گاز با بشکه لنز متصل است. کابینت برق از یک ژنراتور ولتاژ بالا، یک تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای کنترل تنظیم مختلف تشکیل شده است.
عدسی الکترونی مهمترین بخش لوله عدسی میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی متقارن با محور بشکه عدسی استفاده میکند تا مسیر الکترونی را به محور خم کند تا تمرکز ایجاد شود. عملکرد آن شبیه به عدسی محدب شیشه ای برای تمرکز پرتو است، بنابراین به آن الکترون می گویند. لنز اکثر میکروسکوپهای الکترونی مدرن از عدسیهای الکترومغناطیسی استفاده میکنند که الکترونها را از طریق یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار که از یک سیم پیچ با کفشکهای قطبی عبور میکند، 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 با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب دهنده لازم است که کمتر از یک ده هزارم نباشد.
میکروسکوپ های الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربردشان به میکروسکوپ های الکترونی عبوری، میکروسکوپ های الکترونی روبشی، میکروسکوپ های الکترونی بازتابی و میکروسکوپ های الکترونی گسیلی تقسیم کرد. میکروسکوپهای الکترونی عبوری اغلب برای مشاهده ساختارهای مواد ظریفی که با میکروسکوپهای معمولی قابل تشخیص نیستند استفاده میشوند. میکروسکوپهای الکترونی روبشی عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطوح جامد استفاده میشوند و همچنین میتوانند با پراش سنجهای اشعه ایکس یا طیفسنجهای انرژی الکترونی ترکیب شوند تا الکترونیکی را تشکیل دهند. قسمت نازک تر یا با چگالی کمتر نمونه، پراکندگی پرتو الکترونی کمتری دارد، بنابراین الکترون های بیشتری از دیافراگم هدف عبور می کنند و در تصویربرداری شرکت می کنند و در تصویر روشن تر به نظر می رسند. برعکس، قسمت های ضخیم تر یا متراکم تر نمونه در تصویر تیره تر به نظر می رسند. اگر نمونه خیلی ضخیم یا خیلی متراکم باشد، کنتراست تصویر بدتر می شود یا حتی با جذب انرژی پرتو الکترونی آسیب دیده یا از بین می رود.
بالای لوله عدسی میکروسکوپ الکترونی عبوری یک تفنگ الکترونی است. الکترون ها توسط کاتد داغ تنگستن گسیل می شوند و پرتوهای الکترونی توسط کندانسور اول و دوم متمرکز می شوند. پس از عبور از نمونه، پرتو الکترونی توسط عدسی شیئی بر روی آینه میانی تصویربرداری می شود و سپس گام به گام از طریق آینه میانی و آینه برآمده بزرگ می شود و سپس بر روی صفحه فلورسنت یا صفحه فتوکوهرنت تصویربرداری می شود.
بزرگنمایی آینه میانی را می توان به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر داد، عمدتاً از طریق تنظیم جریان تحریک. با تغییر فاصله کانونی آینه میانی، می توان تصاویر میکروسکوپی الکترونی و تصاویر پراش الکترونی را بر روی قسمت های ریز همان نمونه به دست آورد. به منظور مطالعه نمونههای برش فلز ضخیمتر، آزمایشگاه اپتیک الکترون Dulos فرانسوی یک میکروسکوپ الکترونی با ولتاژ فوقالعاده با ولتاژ شتابدهنده 3500 کیلو ولت توسعه داد.
پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند، بلکه فقط الکترون های ثانویه را روی سطح نمونه اسکن و تحریک می کند. کریستال سوسوزن قرار داده شده در کنار نمونه، این الکترونهای ثانویه را دریافت میکند، شدت پرتو الکترونی لوله تصویر را تقویت و تعدیل میکند و در نتیجه روشنایی صفحه نمایش لوله تصویر را تغییر میدهد. 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 توپوگرافی سطح نمونه را نشان می دهد، که شبیه به اصل کار یک تلویزیون صنعتی است. .
وضوح یک میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً با قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه تعیین می شود. بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصویر دارای یک اثر سه بعدی قوی است. میتواند از اطلاعاتی مانند الکترونهای ثانویه، الکترونهای جذبشده و اشعه ایکس تولید شده از برهمکنش پرتوهای الکترونی و مواد برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد استفاده کند.
تفنگ الکترونی و عدسی کندانسور میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای نازکتر کردن پرتو الکترونی، یک عدسی شیئی و یک آستیگماتایزر زیر عدسی کندانسور اضافه میشود و دو مجموعه پرتوهای اسکن عمود بر متقابل در داخل عدسی شیئی نصب می شوند. سیم پیچ محفظه نمونه زیر عدسی شیئی مجهز به یک مرحله نمونه است که می تواند حرکت کند، بچرخد و کج شود.
