Einführung in die bildgebenden Prinzipien der Transmissionselektronenmikroskopie
Die Struktur des Transmissionselektronenmikroskops besteht aus zwei Teilen: Der Hauptteil ist das Beleuchtungssystem, das Abbildungssystem und das Beobachtungsstudio; Der Hilfsteil ist das Vakuumsystem und das elektrische System.
1. Beleuchtungssystem
Das System ist in zwei Teile unterteilt: Elektronenkanone und Kondensator. Eine Elektronenkanone besteht aus einem Filament (Kathode), einem Gitter und einer Anode. Der Heizfaden sendet einen Elektronenstrahl aus. Beim Anlegen einer Spannung an die Anode werden die Elektronen beschleunigt. Die Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode ist die Gesamtbeschleunigungsspannung. Beschleunigte Elektronen mit Energie werden aus Löchern in der Anodenplatte ausgestoßen. Die Energie des emittierten Elektronenstrahls hängt von der Beschleunigungsspannung ab, und das Gitter spielt die Rolle, die Form des Elektronenstrahls zu steuern. Der Elektronenstrahl hat einen bestimmten Divergenzwinkel. Nach dem Einstellen der Kondensorlinse ist ein paralleler Elektronenstrahl mit einem kleinen oder sogar Null-Divergenzwinkel zu sehen. Die Stromdichte (Strahlstrom) des Elektronenstrahls kann durch Einstellen des Stroms der Kondensorlinse eingestellt werden.
Die Größe des zu beleuchtenden Bereichs auf der Probe hängt von der Vergrößerung ab. Je höher die Vergrößerung, desto kleiner der beleuchtete Bereich. Daher ist ein feinerer Elektronenstrahl erforderlich, um die Probe zu bestrahlen. Die Strahlfleckgröße des direkt von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls ist größer und die Kohärenz ist ebenfalls schlecht. Um diese Elektronen effektiver zu nutzen und Beleuchtungselektronenstrahlen mit hoher Helligkeit und guter Kohärenz zu erhalten, um die Anforderungen von Transmissionselektronenmikroskopen bei unterschiedlichen Vergrößerungen zu erfüllen, müssen die von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahlen weiter konvergiert werden, um unterschiedliche Strahlpunkte bereitzustellen. Größe. , annähernd parallele Beleuchtungsstrahlen. Diese Aufgabe wird normalerweise von zwei elektromagnetischen Linsen, den sogenannten Kondensoren, erfüllt. In der Figur repräsentieren C1 und C2 den ersten Kondensator bzw. den zweiten Kondensator. C1 bleibt normalerweise gleich, und seine Rolle besteht darin, den Schnittpunkt der Elektronenkanonen so einzustellen, dass die Größe des Bildes um mehr als eine Größenordnung reduziert wird. Zusätzlich ist im Beleuchtungssystem eine Strahlneigevorrichtung eingebaut, die den Elektronenstrahl problemlos im Bereich von 2 Grad bis 3 Grad kippen kann, um die Probe in verschiedenen Neigungswinkeln zu beleuchten.
2. Bildgebungssystem
Das System umfasst elektronisch-optische Elemente wie Probenkammer, Objektivlinse, Zwischenspiegel, Kontrastblende, Beugungsblende, Projektionslinse usw. Die Probenkammer verfügt über einen Mechanismus, um sicherzustellen, dass das Vakuum des Hauptkörpers bei häufigem Probenwechsel nicht beschädigt wird . Die Probe kann in X- und Y-Richtung bewegt werden, um die zu beobachtende Position zu finden. Der von der Sammellinse erhaltene parallele Elektronenstrahl bestrahlt die Probe und trägt Informationen, die die Eigenschaften der Probe widerspiegeln, nachdem er die Probe passiert hat. Das elektronische Bild wird unter der Wirkung der Objektivlinse und der Kontrastblende gebildet und dann durch den Zwischenspiegel und die Projektionslinse vergrößert. Das endgültige elektronische Bild wird auf einem Fluoreszenzschirm erhalten.
Das Beleuchtungssystem liefert einen kohärenten Beleuchtungselektronenstrahl, der die Strukturinformationen der Probe trägt, nachdem er die Probe passiert hat, und sich in verschiedene Richtungen ausbreitet (wenn es beispielsweise eine Kristallflächengruppe gibt, die die Bragg-Gleichung erfüllt, können 2 Winkel erzeugt werden die Richtung, die den einfallenden gebeugten Strahl schneidet). Objektive kommen aus verschiedenen Teilen der Probe mit der gleichen Ausbreitungsrichtung. Elektronen konvergieren zu einem einzelnen Fleck auf der hinteren Brennebene, und Elektronen, die sich in verschiedene Richtungen bewegen, bilden dementsprechend unterschiedliche Flecken. Ein direkter Strahl mit einem Streuwinkel von Null konvergiert im Brennpunkt des Objektivs und bildet einen zentralen Punkt. Auf diese Weise entsteht in der hinteren Brennebene des Objektivs ein Beugungsmuster. Auf der Bildebene des Objektivs rekombinieren diese Elektronenstrahlen zur kohärenten Abbildung. Durch Einstellen des Linsenstroms der Zwischenlinse fallen die Objektebene der Zwischenlinse und die hintere Brennebene der Objektivlinse zusammen, was auf dem Fluoreszenzschirm angezeigt werden kann. Das oben erhaltene Beugungsmuster kann die Objektebene der Zwischenlinse mit der Bildebene der Objektivlinse zusammenfallen lassen, wodurch ein mikroskopisches Bild erhalten wird. Durch das Zusammenwirken der beiden Zwischenspiegel lassen sich Länge und Vergrößerung der Kamera in einem größeren Bereich einstellen.
3. Beobachtungsstudio
Das elektronische Bild wird auf dem Fluoreszenzschirm reflektiert. Das Fluoreszenzlicht ist proportional zum Elektronenstrahlstrom. Verwenden Sie zum Aufnehmen von Bildern eine elektronische Trockenplatte anstelle eines fluoreszierenden Bildschirms. Die Lichtempfindlichkeit der Trockenplatte hängt von ihrer Wellenlänge ab.
4. Vakuumsystem
Das Vakuumsystem besteht aus einer mechanischen Pumpe, einer Öldiffusionspumpe, einer Ionenpumpe, einem Vakuummessgerät und einer Vakuumleitung. Seine Funktion besteht darin, das Gas im Objektivtubus zu entfernen, sodass der Vakuumgrad des Objektivtubus mindestens 10-5 Torr erreichen muss und der beste Vakuumgrad 10-9-10-10 Torr erreichen kann. Wenn das Vakuum niedrig ist, können Kollisionen zwischen Elektronen und Gasmolekülen Streuung verursachen und den Kontrast beeinträchtigen. Es wird auch eine Hochspannungsionisation zwischen dem Elektronengitter und der Anode verursachen, was eine Entladung zwischen den Elektroden verursacht. Auch Restgase können das Filament korrodieren und die Probe kontaminieren.
5. Leistungskontrollsystem
Die Instabilität der Beschleunigungsspannung und des Linsenmagnetstroms kann schwerwiegende chromatische Aberrationen verursachen und die Auflösung des Elektronenmikroskops verringern. Daher ist die Stabilität der Beschleunigungsspannung und des Linsenstroms ein wichtiges Kriterium zur Messung der Leistung eines Elektronenmikroskops. Die TEM-Schaltung besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen: Hochspannungs-Gleichstromversorgung, Linsenanregungsversorgung, Ablenkspulenversorgung, Elektronenkanonen-Heizungsversorgung, Vakuumsystem-Steuerschaltung, Vakuumpumpenversorgung, Kameraantriebsvorrichtung und automatische Belichtung Schaltkreis.
Darüber hinaus sind viele Hochleistungselektronenmikroskope mit Scanzubehör, Energiespektroskopie, Elektronenenergieverlustspektroskopie ausgestattet.
