Inleiding tot de beeldvormingsprincipes van transmissie-elektronenmicroscopie
De structuur van de transmissie-elektronenmicroscoop bestaat uit twee delen: het grootste deel is het verlichtingssysteem, het beeldvormingssysteem en de observatiestudio; het hulpgedeelte is het vacuümsysteem en het elektrische systeem.
1. Verlichtingssysteem:
Het systeem is verdeeld in twee delen: elektronenkanon en condensor. Een elektronenkanon bestaat uit een gloeidraad (kathode), een rooster en een anode. De verwarmingsgloeidraad zendt een bundel elektronen uit. Wanneer er een spanning op de anode wordt gezet, worden de elektronen versneld. Het potentiaalverschil tussen anode en kathode is de totale versnellingsspanning. Versnelde elektronen met energie worden uit de gaten in de anodeplaat uitgestoten. De energie van de uitgezonden elektronenstraal is gerelateerd aan de versnellingsspanning en het rooster speelt de rol van het regelen van de vorm van de elektronenstraal. De elektronenbundel heeft een bepaalde divergentiehoek. Na het afstellen van de condensorlens is een parallelle elektronenbundel te zien met een kleine of zelfs nul divergentiehoek. De stroomdichtheid (bundelstroom) van de elektronenbundel kan worden aangepast door de stroom van de condensorlens aan te passen.
De grootte van het gebied op het monster dat moet worden verlicht, is gerelateerd aan de vergroting. Hoe hoger de vergroting, hoe kleiner het verlichte gebied. Daarom is een fijnere elektronenbundel nodig om het monster te bestralen. De bundelvlekgrootte van de direct door het elektronenkanon uitgezonden elektronenbundel is groter en ook de coherentie is slecht. Om deze elektronen effectiever te gebruiken en verlichtingselektronenstralen te verkrijgen met een hoge helderheid en goede coherentie om te voldoen aan de behoeften van transmissie-elektronenmicroscopen bij verschillende vergrotingen, moeten de elektronenstralen die door het elektronenkanon worden uitgezonden verder worden geconvergeerd om verschillende bundelspots te verschaffen. maat. , ongeveer evenwijdige verlichtingsbundels. Deze taak wordt meestal bereikt door twee elektromagnetische lenzen, condensors genaamd. In de figuur stellen C1 en C2 respectievelijk de eerste condensor en de tweede condensor voor. C1 blijft meestal hetzelfde en zijn rol is om de kruising van de elektronenkanonnen in te stellen om de grootte van het beeld met meer dan een orde van grootte te verkleinen. Bovendien is een straalkantelingsapparaat geïnstalleerd in het verlichtingssysteem, dat de elektronenstraal gemakkelijk in het bereik van 2 graden tot 3 graden kan kantelen om het monster onder verschillende hellingshoeken te verlichten.
2. Beeldvormingssysteem
Het systeem bevat elektronische optische elementen zoals een monsterkamer, objectieflens, tussenspiegel, contrastdiafragma, diffractiediafragma, projectielens, enz. De monsterkamer heeft een mechanisme om ervoor te zorgen dat het vacuüm van het hoofdlichaam niet wordt beschadigd tijdens frequente monsterwisselingen . Het monster kan in de X- en Y-richtingen worden bewogen om de te observeren positie te vinden. De parallelle elektronenbundel die door de convergerende lens wordt verkregen, bestraalt het monster en draagt informatie die de kenmerken van het monster weerspiegelt nadat het door het monster is gegaan. Het elektronische beeld wordt gevormd onder invloed van de objectieflens en het contrastdiafragma en vervolgens vergroot door de tussenspiegel en de projectielens. Het uiteindelijke elektronische beeld wordt verkregen op een fluorescerend scherm.
Het verlichtingssysteem zorgt voor een coherente verlichtende elektronenstraal, die de structurele informatie van het monster draagt nadat het door het monster is gegaan en zich in verschillende richtingen voortplant (bijvoorbeeld, wanneer er een kristalvlakgroep is die voldoet aan de Bragg-vergelijking, kunnen er 2 hoeken worden gegenereerd in de richting die de invallende bundel afgebogen bundel snijdt). Doelstellingen komen uit verschillende delen van het monster met dezelfde voortplantingsrichting. Elektronen convergeren in een enkele plek op het achterste brandvlak, en elektronen die in verschillende richtingen reizen, vormen dienovereenkomstig verschillende plekken. Een directe bundel met een verstrooiingshoek van nul convergeert in het brandpunt van het objectief en vormt een centrale vlek. Op deze manier wordt een diffractiepatroon gevormd op het achterste brandvlak van het objectief. Op het beeldvlak van het objectief recombineren deze elektronenbundels voor coherente beeldvorming. Door de lensstroom van de tussenlens aan te passen, vallen het objectvlak van de tussenlens en het achterste brandvlak van de objectieflens samen, wat op het fluorescerende scherm kan worden weergegeven. Het hierboven verkregen diffractiepatroon kan ervoor zorgen dat het objectvlak van de tussenlens samenvalt met het beeldvlak van de objectieflens, waardoor een microscopisch beeld wordt verkregen. Door de samenwerking van de twee tussenspiegels kan de lengte en vergroting van de camera binnen een groter bereik worden aangepast.
3. Observatiestudio
Het elektronische beeld wordt weerspiegeld op het fluorescerende scherm. Het fluorescerende licht is evenredig met de stroom van de elektronenbundel. Gebruik een elektronische droge plaat in plaats van een fluorescerend scherm om foto's te maken. Het lichtgevoelige vermogen van de droge plaat is gerelateerd aan zijn golflengte.
4. Vacuümsysteem
Het vacuümsysteem bestaat uit een mechanische pomp, een oliediffusiepomp, een ionenpomp, een vacuümmeetinstrument en een vacuümpijpleiding. Zijn functie is om het gas in de lenscilinder te verwijderen, zodat de vacuümgraad van de lenscilinder ten minste 10-5 Torr moet bereiken en de beste vacuümgraad 10-9-10-10 Torr kan bereiken. Als het vacuüm laag is, kunnen botsingen tussen elektronen en gasmoleculen verstrooiing veroorzaken en het contrast beïnvloeden. Het veroorzaakt ook hoogspanningsionisatie tussen het elektronenrooster en de anode, waardoor ontlading tussen de elektroden ontstaat. Restgassen kunnen ook de gloeidraad aantasten en het monster verontreinigen.
5. Vermogenscontrolesysteem:
De instabiliteit van het versnellen van de spanning en de magnetische stroom van de lens kan ernstige chromatische aberratie veroorzaken en de resolutie van de elektronenmicroscoop verminderen. Daarom is de stabiliteit van versnellende spanning en lensstroom een belangrijk criterium om de prestaties van een elektronenmicroscoop te meten. Het TEM-circuit bestaat voornamelijk uit de volgende onderdelen: hoogspannings-gelijkstroomvoeding, lensexcitatievoeding, afbuigspoelvoeding, elektronenkanongloeidraadverwarmingsvoeding, vacuümsysteemregelcircuit, vacuümpompvoeding, camera-aandrijfapparaat en automatische belichting circuit.
Bovendien zijn veel hoogwaardige elektronenmicroscopen uitgerust met scanaccessoires, energiespectroscopie, elektronenenergieverliesspectroscopie.
