Funktionsprinzip und Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops
Mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) lassen sich feine Strukturen von weniger als {{0}},2 µm in einem optischen Mikroskop erkennen. Diese Strukturen werden als submikroskopische Strukturen oder Ultramikrostrukturen bezeichnet. Um diese Strukturen erkennen zu können, muss die Lichtquelle eine kürzere Wellenlänge wählen, um die Auflösung des Mikroskops zu verbessern. 1932 erfand Ruska den Elektronenstrahl als Lichtquelle für ein Transmissionselektronenmikroskop. Die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist viel kürzer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht und ultraviolettem Licht, und die Wellenlänge des Elektronenstrahls und die Emission des Elektronenstrahls sind umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der elektrischen Spannung, d. h. je höher die Spannung, desto kürzer die Wellenlänge. Gegenwärtig beträgt die Auflösung eines TEM bis zu 0,2 µm.
Das Funktionsprinzip eines Transmissionselektronenmikroskops besteht darin, dass der von einer Elektronenkanone emittierte Elektronenstrahl entlang der optischen Achse des Spiegelkörpers durch den Kondensorspiegel in einem Vakuumkanal gebündelt wird und durch den Kondensorspiegel zu einem scharfen, hellen und gleichmäßigen Strahl gebündelt wird, der die Proben in der Probenkammer bestrahlt. Der Elektronenstrahl durchläuft die Proben und transportiert Informationen zur inneren Struktur der Probe. In dichten Proben ist die Elektronenmenge gering, und in dünnerer Umgebung werden mehr Elektronen übertragen. Nach der Konvergenz der Objektivlinse und der Fokussierung und Primärvergrößerung gelangt der Elektronenstrahl in die Zwischenlinse auf der unteren Ebene und den ersten und zweiten Projektionsspiegel zur integrierten Vergrößerungsabbildung und schließlich wird das vergrößerte elektronische Bild auf die Leuchtstoffröhre im Beobachtungsraum projiziert. Die Leuchtstoffröhre wandelt das elektronische Bild in ein sichtbares Bild um, das der Benutzer betrachten kann. In diesem Abschnitt werden die Hauptstrukturen und Prinzipien jedes Systems beschrieben.
Das Abbildungsprinzip des Transmissionselektronenmikroskops kann in drei Fälle unterteilt werden:
1. Absorptionsgleichung: Wenn Elektronen auf die Masse und Dichte der Probe treffen, ist der Haupteffekt der Phasenbildung der Streueffekt. Je dicker die Probe ist, desto größer ist der Streuwinkel der Elektronen, desto geringer ist die durch sie hindurchtretende Strahlung, desto dunkler ist ihre Helligkeit. Die ersten Transmissionselektronenmikroskope basierten auf diesem Prinzip.
2. Beugungsbild: Nachdem der Elektronenstrahl durch die Probe gebeugt wurde, entspricht die Amplitudenverteilung der Beugungswelle an verschiedenen Positionen der Probe der unterschiedlichen Beugungsfähigkeit jedes Teils des Kristalls in der Probe. Wenn ein Kristalldefekt vorliegt, unterscheidet sich die Beugungsfähigkeit des defekten Teils von der des intakten Bereichs, wodurch die Amplitudenverteilung der Beugungswelle ungleichmäßig wird und die Verteilung des Kristalldefekts widerspiegelt.
3. Phasenbild: Wenn die Probe nur 100 Å oder weniger dick ist, können die Elektronen durch die Probe hindurchgehen und die Amplitudenänderung der Welle kann vernachlässigt werden. Die Abbildung entsteht durch die Phasenänderung.
