Principiul și structura microscopului electronic cu scanare
Microscopul electronic cu scanare, numele complet al microscopului electronic cu scanare, în engleză este microscopul electronic cu scanare (SEM), este un instrument optic electronic folosit pentru a observa structura suprafeței obiectelor.
1. Principiul microscopului electronic cu scanare
Fabricarea microscoapelor electronice cu scanare se bazează pe interacțiunea electronilor cu materia. Când un fascicul de electroni umani de înaltă energie bombardează suprafața unui material, regiunea de excitație produce electroni secundari, electroni Auger, raze X caracteristice și raze X continue, electroni retroîmprăștiați, electroni de transmisie și radiații electromagnetice în vizibil, ultraviolete. , și regiunile infraroșu. . În același timp, pot fi generate și perechi electron-gaură, vibrații ale rețelei (fononi) și oscilații electronice (plasmoni). De exemplu, colecția de electroni secundari și electroni retroîmprăștiați poate obține informații despre morfologia microscopică a materialului; colectarea de raze X poate obține informații despre compoziția chimică a materialului. Microscoapele electronice cu scanare funcționează prin scanarea unei probe cu un fascicul de electroni extrem de fin, excitând electronii secundari de pe suprafața probei. Electronii de ordinul întâi sunt colectați de detector, convertiți în semnale optice de către scintilator de acolo și apoi convertiți în semnale electrice de tuburi fotomultiplicatoare și amplificatoare, care controlează intensitatea fasciculului de electroni pe ecranul cu fosfor și afișează imaginea scanată. în sincronizare cu fasciculul de electroni. Imaginile sunt imagini tridimensionale care reflectă structura suprafeței specimenului.
2. Structura microscopului electronic cu scanare
(1) Butoiul obiectivului
Butoiul obiectivului include pistolul de electroni, lentila condensatorului, obiectivul și sistemul de scanare. Rolul său este de a genera un fascicul de electroni extrem de fin (aproximativ câțiva nanometri în diametru) care scanează suprafața probei în timp ce excită diverse semnale.
(2) Sistem electronic de achiziție și procesare a semnalului
În camera probei, fasciculul de electroni de scanare interacționează cu proba pentru a genera o varietate de semnale, inclusiv electroni secundari, electroni retroîmprăștiați, raze X, electroni absorbiți, electroni ruși (Auger) și multe altele. Dintre semnalele menționate mai sus, cei mai importanți sunt electronii secundari, care sunt electroni exteriori excitați de electronii incidenti în atomii probei și sunt generați în regiune de la câțiva nanometri până la zeci de nanometri sub suprafața probei. Rata de generare este determinată în principal de morfologia și compoziția probei. Imaginea cu microscopul electronic de scanare se referă de obicei la imaginea electronică secundară, care este cel mai util semnal electronic pentru studiul topografiei suprafeței probei. Sonda detectorului care detectează electronii secundari este scintilatorul. Când electronii lovesc scintilatorul, lumina este generată în scintilator. Această lumină este transmisă prin conducta de lumină către tubul fotomultiplicator, care transformă semnalul luminos într-un semnal de curent, care este apoi trecut prin Preamplificare și amplificarea video transformă semnalul curent într-un semnal de tensiune, care este în final trimis către rețeaua tub de imagine.
(3) Sistem electronic de afișare și înregistrare a semnalului
Imaginile microscopului electronic cu scanare sunt afișate pe un tub cu raze catodice (tub imagine) și înregistrate de o cameră. Există două tipuri de tuburi de imagine, unul este folosit pentru observare și are o rezoluție mai mică și este un tub lung de luminozitate; celălalt este folosit pentru înregistrarea fotografică și are o rezoluție mai mare și este un tub scurt de luminozitate.
(4) Sistem de vid și sistem de alimentare cu energie
Sistemul de vid al microscopului electronic cu scanare constă dintr-o pompă mecanică și o pompă de difuzie a uleiului. Sistemul de alimentare asigură puterea specifică necesară fiecărei componente.
3. Scopul microscopului electronic cu scanare
Funcția cea mai de bază a microscoapelor electronice de scanare este de a observa suprafețele diferitelor probe solide la rezoluție înaltă. Imaginile cu adâncime mare de câmp sunt o caracteristică a observațiilor cu microscopul electronic de scanare, cum ar fi: biologie, botanică, geologie, metalurgie, etc. Observațiile pot fi suprafețe de probă, suprafețe tăiate sau secțiuni transversale. Metalurgiștii sunt fericiți să vadă direct suprafețe curate sau uzate. Studiați cu ușurință suprafețele de oxid, creșterea cristalelor sau defectele de coroziune. Pe de o parte, poate examina mai direct structura fină a hârtiei, textilelor, lemnului natural sau prelucrat, iar biologii o pot folosi pentru a studia structura mostrelor mici și fragile. De exemplu: particule de polen, diatomee și insecte. Pe de altă parte, poate realiza imagini tridimensionale corespunzătoare suprafeței probei. Microscopia electronică cu scanare are o gamă largă de aplicații în studiul materialelor solide și este comparabilă cu alte instrumente. Pentru caracterizarea completă a materialelor solide, microscopie electronică cu scanare.
