Das Prinzip und der Aufbau des Rasterelektronenmikroskops
Rasterelektronenmikroskop, der vollständige Name für Rasterelektronenmikroskop, englisch Scanning Electron Microscope (SEM), ist ein elektronisch-optisches Instrument zur Beobachtung der Oberflächenstruktur von Objekten.
1. Das Prinzip des Rasterelektronenmikroskops
Die Herstellung von Rasterelektronenmikroskopen basiert auf der Wechselwirkung von Elektronen mit Materie. Wenn ein Strahl hochenergetischer menschlicher Elektronen die Oberfläche eines Materials bombardiert, erzeugt der Anregungsbereich Sekundärelektronen, Auger-Elektronen, charakteristische Röntgenstrahlen und Kontinuum-Röntgenstrahlen, Rückstreuelektronen, Transmissionselektronen und elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, ultravioletten Bereich , und Infrarotregionen. . Gleichzeitig können auch Elektron-Loch-Paare, Gitterschwingungen (Phononen) und Elektronenschwingungen (Plasmonen) erzeugt werden. Beispielsweise kann das Sammeln von Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen Informationen über die mikroskopische Morphologie des Materials erhalten; die Aufnahme von Röntgenstrahlen kann Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Materials geben. Rasterelektronenmikroskope arbeiten, indem sie eine Probe mit einem extrem feinen Elektronenstrahl abtasten und Sekundärelektronen auf der Oberfläche der Probe anregen. Die Elektronen erster Ordnung werden vom Detektor gesammelt, dort vom Szintillator in optische Signale umgewandelt und dann von Photovervielfacherröhren und Verstärkern in elektrische Signale umgewandelt, die die Intensität des Elektronenstrahls auf dem Leuchtschirm steuern und das gescannte Bild anzeigen synchron mit dem Elektronenstrahl. Die Bilder sind dreidimensionale Bilder, die die Oberflächenstruktur der Probe widerspiegeln.
2. Die Struktur des Rasterelektronenmikroskops
(1) Objektivtubus
Der Objektivtubus umfasst die Elektronenkanone, die Kondensorlinse, die Objektivlinse und das Abtastsystem. Seine Aufgabe besteht darin, einen extrem feinen Elektronenstrahl (etwa wenige Nanometer Durchmesser) zu erzeugen, der die Oberfläche der Probe abtastet und dabei verschiedene Signale anregt.
(2) Elektronisches Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem
In der Probenkammer interagiert der Rasterelektronenstrahl mit der Probe, um eine Vielzahl von Signalen zu erzeugen, darunter Sekundärelektronen, rückgestreute Elektronen, Röntgenstrahlen, absorbierte Elektronen, russische (Auger) Elektronen und mehr. Unter den oben erwähnten Signalen sind die wichtigsten Sekundärelektronen, die äußere Elektronen sind, die durch einfallende Elektronen in den Probenatomen angeregt werden und in dem Bereich mehrere Nanometer bis einige zehn Nanometer unter der Probenoberfläche erzeugt werden. Die Generationsrate wird hauptsächlich durch die Morphologie und Zusammensetzung der Probe bestimmt. Das Rasterelektronenmikroskopbild bezieht sich normalerweise auf das Sekundärelektronenbild, das das nützlichste elektronische Signal zur Untersuchung der Oberflächentopographie der Probe ist. Die Sonde des Detektors, der die Sekundärelektronen detektiert, ist der Szintillator. Wenn die Elektronen auf den Szintillator treffen, wird im Szintillator Licht erzeugt. Dieses Licht wird durch den Lichtleiter zur Photomultiplier-Röhre übertragen, die das Lichtsignal in ein Stromsignal umwandelt, das dann durch die Vorverstärkung geleitet wird, und die Videoverstärkung wandelt das Stromsignal in ein Spannungssignal um, das schließlich an das Stromnetz gesendet wird Bildröhre.
(3) Elektronisches Signalanzeige- und Aufzeichnungssystem
Rasterelektronenmikroskopische Bilder werden auf einer Kathodenstrahlröhre (Bildröhre) dargestellt und von einer Kamera aufgenommen. Es gibt zwei Arten von Bildröhren, eine wird zur Beobachtung verwendet und hat eine niedrigere Auflösung und ist eine lange Nachleuchtröhre; die andere dient der fotografischen Aufnahme und hat eine höhere Auflösung und ist eine kurze Nachleuchtröhre.
(4) Vakuumsystem und Stromversorgungssystem
Das Vakuumsystem des Rasterelektronenmikroskops besteht aus einer mechanischen Pumpe und einer Öldiffusionspumpe. Das Stromversorgungssystem liefert die spezifische Leistung, die von jeder Komponente benötigt wird.
3. Der Zweck des Rasterelektronenmikroskops
Die grundlegendste Funktion von Rasterelektronenmikroskopen besteht darin, die Oberflächen verschiedener fester Proben mit hoher Auflösung zu beobachten. Bilder mit großer Schärfentiefe sind ein Merkmal von rasterelektronenmikroskopischen Beobachtungen, wie z. B.: Biologie, Botanik, Geologie, Metallurgie usw. Beobachtungen können Probenoberflächen, Schnittflächen oder Querschnitte sein. Metallurgen sehen gerne makellose oder abgenutzte Oberflächen direkt. Untersuchen Sie mühelos Oxidoberflächen, Kristallwachstum oder Korrosionsfehler. Einerseits kann es die Feinstruktur von Papier, Textilien, natürlichem oder verarbeitetem Holz direkter untersuchen, und Biologen können damit die Struktur kleiner, zerbrechlicher Proben untersuchen. Zum Beispiel: Pollenpartikel, Kieselalgen und Insekten. Andererseits kann es dreidimensionale Bilder aufnehmen, die der Oberfläche der Probe entsprechen. Die Rasterelektronenmikroskopie hat ein breites Anwendungsspektrum bei der Untersuchung fester Materialien und ist mit anderen Instrumenten vergleichbar. Zur vollständigen Charakterisierung fester Materialien Rasterelektronenmikroskopie.
