Wie unterscheiden sich die Abbildungsprinzipien der Rasterelektronenmikroskopie und der Transmissionselektronenmikroskopie?
Bei der Rasterelektronenmikroskopie handelt es sich hauptsächlich um Sekundärelektronenbildgebung nach der Bestrahlung der Probe mit einem Elektronenstrahl, während es sich bei der Hellfeldaufnahme der Transmissionselektronenmikroskopie um eine Transmissionselektronenbildgebung handelt.
Das Elektronenmikroskop, abgekürzt als Elektronenmikroskop, ist nach mehr als fünfzigjähriger Entwicklung zu einem unverzichtbaren und wichtigen Werkzeug in der modernen Wissenschaft und Technologie geworden.
Das Elektronenmikroskop besteht aus drei Teilen: einer Spiegelröhre, einem Vakuumgerät und einem Schaltschrank.
Der Objektivtubus besteht hauptsächlich aus elektronischen Quellen, elektronischen Linsen, Probenständern, Fluoreszenzbildschirmen und Detektoren, die normalerweise von oben nach unten zu einer Säule zusammengesetzt sind.
Elektronische Linsen dienen der Fokussierung von Elektronen und sind das wichtigste Bauteil im Tubus eines Elektronenmikroskops. Im Allgemeinen werden magnetische Linsen verwendet, manchmal werden auch elektrostatische Linsen verwendet. Es nutzt ein räumliches elektrisches oder magnetisches Feld, das symmetrisch zur Achse der Spiegelröhre ist, um die Elektronenbahn in Richtung der Achse zu biegen und so einen Fokus zu bilden. Ihre Funktion ist die gleiche wie die einer optischen Linse (Konvexlinse) in einem optischen Mikroskop, um den Lichtstrahl zu fokussieren, daher wird sie Elektronenlinse genannt. Der Fokus einer optischen Linse ist fest, während der Fokus einer Elektronenlinse eingestellt werden kann. Daher verfügt ein Elektronenmikroskop nicht über ein bewegliches Linsensystem wie ein optisches Mikroskop. Die meisten modernen Elektronenmikroskope verwenden elektromagnetische Linsen, die Elektronen durch ein starkes Magnetfeld fokussieren, das durch einen stabilen Gleichstrom-Erregerstrom erzeugt wird, der durch eine Spule mit Polschuhen fließt. Die Elektronenquelle besteht aus einer Kathode, die freie Elektronen freisetzt, einem Gate und einer Anode, die Elektronen kreisförmig beschleunigt. Der Spannungsunterschied zwischen Kathode und Anode muss sehr hoch sein, typischerweise zwischen Tausenden Volt und 3 Millionen Volt. Es kann Elektronenstrahlen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit emittieren und bilden, daher muss die Stabilität der Beschleunigungsspannung mindestens ein Tausendstel betragen.
Die Probe kann stabil auf dem Probenständer platziert werden, und es gibt häufig Geräte, mit denen die Probe verändert werden kann (z. B. Bewegen, Drehen, Erhitzen, Kühlen, Strecken usw.).
Warum einen fluoreszierenden Bildschirm verwenden? Da der Elektronenstrahl mit bloßem Auge nicht sichtbar ist, muss der Elektronenstrahl mithilfe eines Fluoreszenzschirms in eine sichtbare Lichtquelle umgewandelt werden, um ein mit bloßem Auge sichtbares Bild zu erzeugen.
Detektoren dienen zur Erfassung elektronischer Signale oder Sekundärsignale.
Der Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops durchdringt die Probe nicht, sondern fokussiert den Elektronenstrahl nur so weit wie möglich auf einen kleinen Bereich der Probe und tastet die Probe dann Zeile für Zeile ab. Durch die einfallenden Elektronen wird die Probenoberfläche mit Sekundärelektronen angeregt. Das Mikroskop beobachtet die von jedem Punkt gestreuten Elektronen. Der neben der Probe platzierte Szintillationskristall empfängt diese Sekundärelektronen und moduliert nach der Verstärkung die Elektronenstrahlintensität der Bildröhre, wodurch sich die Helligkeit des Leuchtschirms der Bildröhre ändert. Das Bild ist ein dreidimensionales Bild, das die Oberflächenstruktur der Probe widerspiegelt. Die Ablenkspule der Bildröhre wird zum Scannen mit dem Elektronenstrahl auf der Probenoberfläche synchronisiert, sodass der Fluoreszenzschirm der Bildröhre das Morphologiebild der Probenoberfläche anzeigt, was dem Funktionsprinzip des Industriefernsehens ähnelt. Da Elektronen in einem solchen Mikroskop nicht durch die Probe wandern müssen, muss die Spannung, bei der die Elektronen beschleunigen, nicht sehr hoch sein.
Die Auflösung eines Rasterelektronenmikroskops hängt hauptsächlich vom Durchmesser des Elektronenstrahls auf der Probenoberfläche ab. Die Vergrößerung ist das Verhältnis der Abtastamplitude auf der Bildröhre zur Abtastamplitude auf der Probe, die sich kontinuierlich vom Zehnfachen bis zum Hunderttausendfachen ändern kann. Für die Rasterelektronenmikroskopie sind keine sehr dünnen Proben erforderlich; Bilder haben einen starken Sinn für Stereoskopie; Es kann die Zusammensetzung von Substanzen anhand von Informationen wie Sekundärelektronen, absorbierten Elektronen und Röntgenstrahlen analysieren, die durch die Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahlen und Substanzen erzeugt werden.
Die Herstellung der Rasterelektronenmikroskopie basiert auf der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Materie. Wenn ein hochenergetischer menschlicher Elektronenstrahl auf die Oberfläche einer Substanz trifft, erzeugt der angeregte Bereich Sekundärelektronen, Auger-Elektronen, charakteristische und kontinuierliche Röntgenstrahlen, rückgestreute Elektronen, durchgelassene Elektronen und elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, ultravioletten und ultravioletten Bereich Infrarotbereiche. Gleichzeitig können auch Elektronen-Loch-Paare, Gitterschwingungen (Phononen) und Elektronenschwingungen (Plasma) erzeugt werden.
