Princip a struktura rastrovacího elektronového mikroskopu
Rastrovací elektronový mikroskop, celým názvem rastrovací elektronový mikroskop, anglicky je rastrovací elektronový mikroskop (SEM), je elektronický optický přístroj sloužící k pozorování povrchové struktury předmětů.
1. Princip rastrovacího elektronového mikroskopu
Výroba rastrovacích elektronových mikroskopů je založena na interakci elektronů s hmotou. Když paprsek vysokoenergetických lidských elektronů bombarduje povrch materiálu, excitační oblast produkuje sekundární elektrony, Augerovy elektrony, charakteristické rentgenové záření a kontinuum rentgenové záření, zpětně odražené elektrony, transmisní elektrony a elektromagnetické záření ve viditelném, ultrafialovém a infračervené oblasti. . Současně mohou být generovány také páry elektron-díra, vibrace mřížky (fonony) a oscilace elektronů (plasmony). Například sběr sekundárních elektronů a zpětně odražených elektronů může získat informace o mikroskopické morfologii materiálu; sběrem rentgenových paprsků lze získat informace o chemickém složení materiálu. Rastrovací elektronové mikroskopy pracují tak, že skenují vzorek extrémně jemným elektronovým paprskem, který excituje sekundární elektrony na povrchu vzorku. Elektrony prvního řádu jsou shromažďovány detektorem, převáděny na optické signály tamním scintilátorem a poté převáděny na elektrické signály pomocí fotonásobičů a zesilovačů, které řídí intenzitu elektronového paprsku na fosforové obrazovce a zobrazují naskenovaný obraz. v synchronizaci s elektronovým paprskem. Obrázky jsou trojrozměrné obrázky, které odrážejí povrchovou strukturu vzorku.
2. Struktura rastrovacího elektronového mikroskopu
(1) Tubus objektivu
Tubus objektivu obsahuje elektronové dělo, kondenzorovou čočku, čočku objektivu a snímací systém. Jeho úlohou je generovat extrémně jemný elektronový paprsek (asi několik nanometrů v průměru), který skenuje povrch vzorku a zároveň budí různé signály.
(2) Systém elektronického získávání a zpracování signálu
V komoře pro vzorky interaguje skenovací elektronový paprsek se vzorkem a vytváří různé signály, včetně sekundárních elektronů, zpětně odražených elektronů, rentgenových paprsků, absorbovaných elektronů, ruských (Augerových) elektronů a dalších. Z výše uvedených signálů jsou nejdůležitější sekundární elektrony, což jsou vnější elektrony excitované dopadajícími elektrony v atomech vzorku a vznikají v oblasti několika nanometrů až desítek nanometrů pod povrchem vzorku. Rychlost generování je dána především morfologií a složením vzorku. Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu obvykle odkazuje na sekundární elektronový obraz, který je nejužitečnějším elektronickým signálem pro studium topografie povrchu vzorku. Sonda detektoru, která detekuje sekundární elektrony, je scintilátor. Když elektrony dopadnou na scintilátor, ve scintilátoru se generuje světlo. Toto světlo je přenášeno světlovodem do fotonásobiče, který převádí světelný signál na proudový signál, který pak prochází předzesilováním a videozesilováním převádí proudový signál na napěťový signál, který je nakonec odeslán do sítě obrazová trubice.
(3) Elektronický systém zobrazování a záznamu signálu
Obrazy ze skenovacího elektronového mikroskopu jsou zobrazovány na katodové trubici (obrazovce) a zaznamenávány kamerou. Existují dva druhy obrazovek, jedna se používá pro pozorování a má nižší rozlišení a je to dlouhá dosvitová trubice; druhý se používá pro fotografický záznam a má vyšší rozlišení a je krátkou dosvitovou trubicí.
(4) Vakuový systém a systém napájení
Vakuový systém rastrovacího elektronového mikroskopu se skládá z mechanické pumpy a olejové difúzní pumpy. Napájecí systém poskytuje specifický výkon požadovaný každým komponentem.
3. Účel rastrovacího elektronového mikroskopu
Nejzákladnější funkcí rastrovacích elektronových mikroskopů je pozorování povrchů různých pevných vzorků ve vysokém rozlišení. Snímky s velkou hloubkou pole jsou rysem pozorování rastrovacím elektronovým mikroskopem, např.: biologie, botanika, geologie, metalurgie atd. Pozorování mohou být povrchy vzorků, povrchy řezů nebo průřezy. Hutníci jsou rádi, že přímo vidí nedotčené nebo opotřebované povrchy. Snadno studujte oxidové povrchy, růst krystalů nebo korozní defekty. Jednak dokáže přímočařeji zkoumat jemnou strukturu papíru, textilií, přírodního nebo zpracovaného dřeva a biologové jej mohou využít ke studiu struktury malých křehkých vzorků. Například: pylové částice, rozsivky a hmyz. Na druhou stranu může pořizovat trojrozměrné snímky odpovídající povrchu vzorku. Rastrovací elektronová mikroskopie má širokou škálu aplikací při studiu pevných materiálů a je srovnatelná s jinými přístroji. Pro kompletní charakterizaci pevných materiálů, rastrovací elektronová mikroskopie.
