Темнопольний режим.

Метод формування зображення дифрагованим пучком отримав назву темнопольного.

Рисунок 3.25 − Спрощена схема отримання світлопольного (а) та темнопольного зображень (б, в): 1 - освітлювальна система; 2 - зразок; 3 – пучок, що пройшов через зразок; 4 - дифрагований пучок; 5 – апертурна діафрагма

Алгоритм отримання темнопольного зображення можна представити так: мікроскоп налаштовується таким чином, щоб пучок електронів, що проходить через зразок, у точності збігався з оптичною віссю колони (це досягається звичайною юстировкою мікроскопа); зразок орієнтується так, щоб отримати потрібне зображення у світлопольному режимі; створюється необхідний нахил падаючого пучка завдяки регулюванню електромагнітної системи нахилу; дифрагований пучок виводять на вісь колони мікроскопа і далі працюють, як у режимі світлопольного зображення.

Рисунок 3.26 − До пояснення темнопольного режиму

Темнопольний метод формування зображення широко використовується для полегшення інтерпретації мікродифракційної картини багатофазних зразків, при отриманні зображення дефектів пакування тощо.

22. Отримання зображення решітки.

Необхідною умовою для отримання такого зображення повинно бути порівняння розрахунку на основі динамічної теорії з результатами спостереження у приладі. Потрібно знати або вміти підбирати цілий ряд параметрів, а саме: товщину та орієнтацію зразка, прискорюючу напругу, розмір апертурної діафрагми, коефіцієнти аберації лінз, умови фокусування.

Необхідну умову фокусування можна визначити при компенсації помилок, обумовлених сферичною аберацією та дефокусуванням об’єктивної лінзи.

Ця умова відома під назвою шерцерівського фокуса. Недофокусування визначається за співвідношенням

, де λ − довжина хвилі електрона.

Для отримання зображення решітки потрібно виконати такі умови, пов’язані з роботою приладу: колона мікроскопа повинна бути незабрудненою, особлива умова пред’являється до чистоти гармати та області об’єктотримача; прилад повинен бути добре від’юстований, забезпечена стабільна робота гармати та джерел живлення лінз; зразок повинен бути достатньо тонкий і незабруднений; для підвищення яскравості зображення необхідні висока чутливість екрана та висока яскравість пучка (кращі результати забезпечує використання гексаборид-лантанових катодів); апертурна діафрагма повинна мати такий діаметр, щоб не перебільшувати допустимий коефіцієнт сферичної аберації.

23. ЕМ з магнітостатичними лінзами.

У ПЕМ, описаному вище, магнітний потік створюється завдяки пропусканню електричного струму через обмотки лінз, причому струм подається від спеціальної системи живлення. Ці лінзи отримали назву електромагнітних. Якщо замінити обмотки лінз на постійні магніти, то можна отримати магнітостатичні лінзи. Мікроскоп із такими лінзами називається магнітостатичним і він має ряд переваг, а саме: відпадає потреба у схемах живлення лінз; магнітний потік більш стабільний порівняно зі створеним електромагнітними лінзами; прилад має компактний, малогабаритний розмір.

Конструктивно колона мікроскопа має дві лінзи: об’єктивну і проективну. Зразок розміщається у предметній площині об’єктивної лінзи. Наведення на фокус можна здійснювати трьома способами: переміщенням об’єкта вздовж оптичної осі об’єктива; зміною анодної напруги, внаслідок чого змінюється довжина хвилі електрона, а тим самим - фокусна відстань лінзи; зміною магнітного потоку, який проходить через полюсний наконечник лінзи (щілина у полюсному наконечнику поступово закривається кільцями із феромагнітного матеріалу).

24. ПЕМ з електростатичними лінзами.

ПЕМЕЛ не досягли такої досконалості, як ПЕМ з електромагнітними лінзами. Але він має деякі особливості та переваги: живлення освітлювальної системи та лінз здійснюється від одного високовольтного генератора, що, у свою чергу, зменшує вимоги до стабільності високої напруги; лінзи мають більш просту конструкцію, простіша система для розміщення об’єкта; загалом конструкція колони більш проста; прилад більш придатний для вивчення магнітних матеріалів; мікроскоп з електростатичними лінзами може використовувати замість електронів протони та ядра атомів, оскільки заломлювальна здатність електростатичної лінзи залежить не від маси частинки, а лише від її заряду.

Поряд із цим мікроскоп з електростатичними лінзами має ряд недоліків, а саме: більш низьку прискорюючу напругу (до 50-60 кВ); велику фокусну відстань при використанні потоку електронів (до 7-10 мм); нижчу роздільну здатність (3-10 нм) та збільшення (20-5·10⁴ крат), що обумовлено величинами прискорюючої напруги та фокусної відстані; більш істотний вплив мають аберації (велике значення сталих хроматичної та сферичної аберацій).

Оптична схема ПЕМЕЛ принципово не відрізняється від схеми мікроскопа з електромагнітними лінзами. Різниця полягає в тому, що замість магнітних лінз використовують електростатичні. Всі ПЕМЕЛ не мають конденсорних лінз і, як правило, відсутня проміжна лінза. Наведення на різкість здійснюється завдяки зміні відстані між об’єктом та об’єктивом або зміною напруги на об’єктивній лінзі. Збільшення регулюється завдяки зміні напруги на проекційній лінзі.

25. Відбиваючий ЕМ.

Дає можливість безпосередньо вивчати поверхню об’єкта дослідження. Формування зображення у такому мікроскопі ґрунтується на тому, що електронний промінь при потраплянні на поверхню зразка різним чином відбивається від різних точок залежно від елементного складу та рельєфу. Внаслідок цього інтенсивність відбитого потоку різна у відповідних напрямках. Останнє обумовлює контраст на зображенні.

До недоліків приладу можна віднести: неоднорідність збільшення на зображенні через нахил площини об’єкта до оптичної осі; спотворення зображення, яке обумовлене апертурною та хроматичною абераціями лінз.

а б

Рисунок 4.2. – Схеми ВЕМ: а - з дифузним відбиттям електронів: 1 - електронна гармата; 2 - об'єкт; 3 - об’єктивна лінза; 4 - екран; б - з дзеркальним відбиттям електронів: 1 - електронна гармата; 2 - конденсорна лінза; 3 - об’єкт; 4 - об’єктивна лінза; 5 - проективна лінза; 6 - проміжне зображення; 7 - кінцеве зображення

26. Емісійний мікроскоп.

Емісійні мікроскопи дають можливість розв’язувати два класи задач: дослідження емісійних властивостей катодів; вивчення твердих об’єктів при високих температурах.

Різний ступінь емісії електронів з різних ділянок зразка створює контраст на зображенні. Ділянкам з більшою емісією відповідають на зображенні більш світлі місця. Таким чином, контраст на зображенні в емісійному мікроскопі виникає внаслідок нерівномірної емісії об’єкта.

Рисунок 4.4 – Формування зоб-раження в емісійному мікроскопі: 1 - об’єкт; 2 - оптична система;
3 - зображення

27. Мікроскоп-проектор.

Емісійний мікроскоп без лінз отримав назву мікроскопа-проектора. Існує два типи мікроскопів-проекторів − циліндричний та сферичний. За допомогою сферичних проекторів можна досліджувати скелети молекул без їх руйнування. Для проведення дослідження на кінець голки наносять ту чи іншу речовину. Роздільна здатність мікроскопа становить менше 1 нм.

Рисунок 4.5 – Схема сферичного проектора: 1 - вістря; 2 – стру-мопровідна дуга; 3 – струмо-провідний шар, що є анодом; 4 - струмопровід; 5 - екран; 6 - патрубок для відкачування; 7 – колба; 8 - патрубок з гетером

28. Тіньовий мікроскоп.

Завдяки тому, що на зразок потрапляє пучок електронів, які розходяться, на екрані спостерігається проекція (тінь) пропорційне відстані від зображення до джерела електронів.

Рисунок 4.3 – Хід променів у тіньовому мікроскопі: 1 - джерело електронів; 2, 3 –електростатичні лінзи; 4 - зразок; 5 - екран

29. Надвисоковольтний мікроскоп.

У першому наближенні надвисоковольтний мікроскоп відрізняється від звичайного ПЕМ з електромагнітними лінзами високовольтною частиною. Для прискорення електронів у таких приладах використовують напругу порядку 1 МВ.

Рисунок 4.6 –Схема надвисокольтного мікроскопа на якому показані основні вузли (б): 1 – колона; 2 – високовольтний прискорювач; 3 – високовольтний генератор

30. Скануючий тунельний мікроскоп.

Рисунок 4.7 – До пояснення тунельного ефекту: 1 - голка; 2 - електропровідний зразок; 3 - джерело напруги; 4 - гальванометр

Рисунок 4.8 – Спрощена блок-схема СТМ: 1 - зразок; 2 - голка; 3 - п’єзосканер; 4 - блок реєстрації; 5 - комп'ютер; 6 - схема керування двигуном X, Y; 7 - схема керування двигуном Z

31. Скануючий атомно-силовий мікроскоп.

Принцип роботи атомно-силового мікроскопа заснований на реєстрації силового взаємодії між поверхнею досліджуваного зразка і зондом. Як зонда використовується нанорозмірні вістря, що розташоване на кінці пружною консолі, званої кантільовери. Сила, діюча на зонд з боку поверхні, призводить до вигину консолі. Поява височин або западин під вістрям призводить до зміни сили, що діє на зонд, а значить, і зміні величини вигину кантільовери. Таким чином, реєструючи величину згину, можна зробити висновок про рельєф поверхні.

Під силами, що діють між зондом і зразком, в першу чергу мають на увазі дальнодействующіх сили Ван-дер-Ваальса, які спочатку є силами тяжіння, а при подальшому зближенні переходять в сили відштовхування.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: