Что такое электронный микроскоп

Электронные микроскопы.

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) являются универсальными приборами многоцелевого назначения. Просвечивающие электронные микроскопы используют волновые свойства движущихся электронов. Схема просвечивающего микроскопа приведена на рис. 1.33. Рис. 1.33. Схема просвечивающего электронного микроскопа. Электронный пучок формируется электронной пушкой и конденсорными линзами с апертурой и фокусируется на исследуемом образце. Образец устанавливается на нанопозиционере, имеющем три степени свободы. С помощью электромагнитной линзы объектива и линзы проектора электронное изображение фокусируется на люминесцентный экран. Электроны возбуждают экран и формируют увеличенное изображение исследуемого объекта, которое может регистрироваться телевизионной камерой и камерой на приборах с зарядовой связью. При ускоряющем напряжении до 600 кВ можно получить разрешение порядка ангстрема. Просвечивающие электронные микроскопы используют для наблюдения изображения объектов в светлом и темном полях, а также изучения структуры объектов методом электронографии. В ПЭМ используются электроны энергией от 1 кэВ до 5 МэВ, позволяющие просветить электронным пучком объекты толщиной до десятка нанометров. Поверхностная геометрическая структура в ПЭМ исследуется с помощью реплик. Этот метод вызывает определенные неудобства. Разработаны конструкции сканирующего просвечивающего микроскопа, в котором исследуемый образец сканируется тонким электронным лучом. Исследования атомного строения вещества удобно проводить с помощью электронографов, которые реализованы по электроннооптической схеме ПЭМ. Узкий электронный пучок в электронографе направляется на исследуемую наноструктуру. На люминесцентном экране создается дифракционное изображение — электронограмма. На основе измерения рефлексов от структуры исследуемого объекта проводятся вычисления и формируется представление об объекте.

16.11.2018 124.93 Кб 3 Косова ГФ Дневник ИР по Исследованию систем Упр. doc

10.11.2019 357.28 Кб 0 КР заочники по ОиМЭА.docx

04.09.2019 1.61 Mб 7 КСУП Структуризация проекта по паовышению ассор. doc

08.11.2019 153.09 Кб 4 Культура как феномен.doc

03.03.2016 10.51 Mб 408 Курс лекций НЭ_ч3_Богач_2013.doc

03.03.2016 3.61 Mб 650 Курс лекций НЭ_ч4-ч5_Богач_2013.doc

02.12.2018 2.81 Mб 34 Курс лекций по Политэкономии.doc

06.12.2018 460.8 Кб 5 Курсач Роттердам -Sepetiba.doc

20.07.2019 259.07 Кб 1 курсач 1.doc

24.11.2018 547.84 Кб 15 курсач жека.doc

24.04.2019 299.01 Кб 1 Курсач коберник Тима.doc

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Рис. 1. Схема электронного микроскопа просвечивающего типа:
К катод;
ФЭ фокусирующий электрод;
А анод;
КЛ конденсорная линза;
О объект;
ОЛ объективная линза;
АД апертурная диафрагма;
ПИ плоскость изображения;
ПЛ проекционная линза;
ДП диафрагма поля зрения;
Э экран;
Ф фотопластинка.

электро́нный микроско́п, прибор, в котором для получения увеличенного изображения используется пучок движущихся в вакууме электронов, фокусируемый электрическими или магнитными полями (электронными линзами). Позволяет визуально изучать частицы во много раз меньшие, чем наблюдаемые в световом микроскопе.

В биологических исследованиях, в частности при исследовании живых объектов, наиболее распространён Э. м. просвечивающего типа, обладающий разрешающей способностью 4,55 Å, иногда до 1 Å, в котором электроны пронизывают объект. Схема Э. м. этого типа дана на рис. 1. Осветительная система микроскопа, образующая и фокусирующая поток электронов, состоит из электронной пушки (катод, фокусирующий электрод и анод) и конденсорной линзы. Фокусирующая система состоит из объективной и одной (иногда двух) проекционной линз. Первое (промежуточное) увеличенное изображение объекта формируется объективной линзой, куда попадает сфокусированный конденсорной линзой пучок электронов после прохождения сквозь объект. Изображение появляется на имеющемся в этой плоскости флюоресцирующем экране в результате его свечения под действием электронов (невидимое изображение переходит в видимое). Часть электронов через отверстие, находящееся в центре промежуточного экрана, проходит в проекционную линзу, где формируется увеличенное изображение уже в другие плоскости на втором флюоресцирующем экране. На нём возникает конечное (видимое) изображение, которое является произведением увеличений, даваемых двумя линзами. Увеличение контрастности изображения обеспечивается наличием апертурной диафрагмы. Степень и характер рассеяния электронов неодинаковы в различных точках объекта. В связи с этим изменяется число электронов, задержанных апертурной диафрагмой после прохождения различных точек объекта, а следовательно, и плотность тона на изображении, которая преобразуется в световой контраст на экране. В Э. м. из-за малой величины апертурного угла глубина поля зрения очень велика и может измеряться несколькими микронами. Увеличение на экране (при сохранении разрешающей способности) находится на минимальном уровне, поэтому потеря деталей в изображении объекта визуальной электронной микроскопии восстанавливается путём дополнительного оптического увеличения и фотографирования. При электронной микроскопии существенное значение имеют объяснение наблюдаемых изображений, учёт возможных артефактов (искусственное образование, возникающее в объекте в процессе его обработки) и предупреждение ошибок. Искажение в электронно-микроскопических изображениях зависят от способов обработки объекта (сушка, фиксация, заливка и др.) при его препарировании. Исключение артефактов обеспечивается выбором наиболее подходящих методов препарирования. Полезны неоднократно повторяемые наблюдения одних и тех же объектов при использовании различных фиксаторов и способов высушивания.

Промышленность СССР выпускает ряд моделей Э. м., имеющих разные назначения и обладающих различной разрешающей способностью, например, модель УЭМВ-100 Б (рис. 2) для исследования живых микроорганизмов. Широкую известность получили также Э. м., выпускаемые в Японии, ФРГ, США, Великобритании и Голландии. См. также Микроскопия.

Литература:
Киселев Н. А., Электронная микроскопия биологических макромолекул, М., 1965;
Кельман В. М., Явор С. Я., Электронная оптика, 3 изд., Л., 1968.

Рис. 2. Электронный микроскоп УЭМВ-100 Б.

Рис. 2. Электронный микроскоп УЭМВ-100 Б.

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: «Советская Энциклопедия» . Главный редактор В.П. Шишков . 1981 .

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЯ
ЭЛЕКТРОФОРЕЗ

Полезное

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП» в других словарях:

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объекта, в к ром вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30 1000 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Физ … Физическая энциклопедия
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, в к ром вместо световых лучей используются пучки эл нов, ускоренных до больших энергий (30 100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Физ.… … Физическая энциклопедия
Электронный микроскоп — (схема). ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, вакуумный электронно оптический прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, полученного с помощью пучков электронов, ускоренных до больших энергий.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, МИКРОСКОП, который «освещает» изучаемый объект потоком электронов. Вместо обычных линз в нем имеются магниты, фокусирующие электронный пучок. Это устройство позволяет разглядеть предметы очень малых размеров, потому что… … Научно-технический энциклопедический словарь
электронный микроскоп — Микроскоп для наблюдения и фотографирования многократного (до 106 раз) увелич. изображения объекта, в к ром вместо световых лучей используются пучки эл нов, ускоренных до больших энергий (30—100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума (1… … Справочник технического переводчика
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор, в котором для получения увеличенного изображения используется электронный пучок. Разрешающая способность электронного микроскопа в сотни раз превышает разрешающую способность оптического микроскопа … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, вакуумный электронно оптический прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, полученного с помощью пучков электронов, ускоренных до больших энергий. Разрешающая… … Современная энциклопедия
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор, который позволяет получать сильно увеличенное изображение объектов, используя для их освещения электроны. Электронный микроскоп (ЭМ) дает возможность видеть детали, слишком мелкие, чтобы их мог разрешить световой (оптический) микроскоп.… … Энциклопедия Кольера
Электронный микроскоп — прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, в котором вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30 100 кэв и более) в условиях глубокого… … Большая советская энциклопедия
Электронный микроскоп — (ЭМ) прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 106 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энер … Википедия
электронный микроскоп — [electron microscope] микроскоп для наблюдения и фотографирования многократного (до 106 раз) увеличенного изображения объекта, в котором вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30 100 кэВ и более) в… … Энциклопедический словарь по металлургии

Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте

�� Путешествия

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.

Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
Искать во всех словарях
Искать в переводах
Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории

Электронная микроскопия

Электронный микроскоп (англ. — electron microscope) – это прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 1·10 6 раз) увеличенного изображения объектов, в котором вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30 — 100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) обладают самой высокой разрешающей способностью, превосходя по этому параметру световые микроскопы в несколько тысяч раз. Так называемый предел разрешения, характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие максимально близко расположенные детали объекта, у ПЭМ составляет 2 — 3 A°. При благоприятных условиях можно сфотографировать отдельные тяжёлые атомы. При фотографировании периодических структур, таких как атомные плоскости решёток кристаллов, удаётся реализовать разрешение менее 1 A°.

Для определения структуры твердых тел необходимо использование излучения с длиной волны λ, меньшей, чем межатомные расстояния. В электронном микроскопе с этой целью используют электронные волны.

Длина волны де Бройля λ_B для электрона, движущегося со скоростью V

где p – его импульс, h — постоянная Планка, m₀ — масса покоя электрона, V – его скорость.

После простых преобразований получаем, что длина волны де Бройля для электрона, движущегося в ускоряющем однородном электрическом поле с разностью потенциалов U, равна

. (1)

В выражениях для λ_Б не учитывается релятивистская поправка, существенная лишь при больших скоростях электронов V>1·10 5 В.

Величина λ_Б очень мала что позволяет обеспечивать высокую разрешающую способность электронного микроскопа.

Для электронов же с энергиями от 1 эВ до 10 000 эВ длина волны де Бройля лежит в пределах от ~1 нм до 10 −2 нм, то есть в интервале длин волн рентгеновского излучения. Поэтому волновые свойства электронов должны проявляться, например, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновских лучей. [

Современные микроскопы имеют разрешающую способность в (0.1 – 1) нм при энергии электронов (1·10 4 – 1·10 5 ) эВ, что делает возможным наблюдение групп атомов и даже отдельных атомов, точечных дефектов, рельефа поверхности и т.д.

Просвечивающая электронная микроскопия

В электронно-оптическую систему просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) входят: электронная пушка И и конденсор 1, предназначенные для обеспечения осветительной системы микроскопа; объективная 2, промежуточная 3 и проекционная 4 линзы, осуществляющие отображение; камера наблюдения и фотографирования Э (рис.1).

Рис.1. Ход лучей в ПЭМ в режиме наблюдения изображения

сточником электронов в электронной пушке служит вольфрамовый термоэмиссионный катод. Конденсорная линза позволяет получить на объекте пятно диаметром в несколько мкм. С помощью отображающей системы на экране ПЭМ формируется электронно-микроскопическое изображение объекта.

В плоскости, сопряженной с объектом, объективная линза формирует первое промежуточное изображение объекта. Все электроны, исходящие из одной точки объекта, попадают в одну точку сопряженной плоскости. Затем с помощью промежуточной и проекционной линз получают изображение на флуоресцирующем экране микроскопа или фотопластине. Это изображение передает структурные и морфологические особенности образца.

В ПЭМ используют магнитные линзы. Линза состоит из обмотки, ярма и полюсного наконечника, концентрирующего магнитное поле в малом объеме и повышающего тем самым оптическую силу линзы.

ПЭМ обладают самой высокой разрешающей способностью (PC), превосходя по этому параметру световые микроскопы в несколько тысяч раз. Так называемый предел разрешения, характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие максимально близко расположенные детали объекта, у ПЭМ составляет 2 – 3 A°. При благоприятных условиях можно сфотографировать отдельные тяжёлые атомы.При фотографировании периодических структур, таких как атомные плоскости решёток кристаллов, удаётся реализовать разрешение менее 1 A°. Столь высокие разрешения достигаются благодаря чрезвычайно малой длине волны де Бройля электронов. Оптимальным диафрагмированием удаётся снизить сферическую аберрацию объектива, влияющую на PC ПЭМ, при достаточно малой дифракционной ошибке. Эффективных методов коррекции аберраций в не найдено. Поэтому в ПЭМ магнитныеэлектронные линзы(ЭЛ), обладающие меньшими аберрациями, полностью вытеснили электростатические ЭЛ. Выпускаются ПЭМ различного назначения. Их можно разделить на 3 группы:

упрощённые ПЭМ,
ПЭМ высокого разрешения,
ПЭМ с повышенным ускоряющим напряжением.

Рис. 2 а. ПЭМ: 1 – электронная пушка; 2 – конденсорные линзы; 3 – объектив; 4 – проекционные линзы; 5 – световой микроскоп, дополнительно увеличивающий изображение, наблюдаемое на экране: 6 – тубус со смотровыми окнами, через которые можно наблюдать изображение; 7 – вы-соковольтный кабель; 8 – ваку-умная система; 9 – пульт управ-ления; 10 – стенд; 11 – высоко-вольтный источник питания; 12 – источник питания линз.

Рис. 2 б. Оптическая схема ПЭМ. 1 – катод V-образной формы из вольф-рамовой проволоки (разогревается проходящим по нему током до 2800 К); 2 – фокусирующий цилиндр; 3 – анод; 4 – первый (короткофокусный) конденсор, создающий уменьшенное изображение источника электронов; 5 – второй (длиннофокусный) кон-денсор, который переносит умень-шенное изображение источника элек-тронов на объект; 6 – объект; 7 – апертурная диафрагма; 8 – объектив; 9, 10, 11 – система проекционных линз; 12 – катодолюминесцентный экран, на котором формируется конечное изображение.

Увеличение ПЭМ равно произведению увеличений всех линз. Степень и характер рассеяния электронов неодинаковы в различных точках объекта, так как толщина, плотность и химический состав объекта меняются от точки к точке. Соответственно изменяется число электронов, задержанных апертурной диафрагмой после прохождения различных точек объекта, а следовательно, и плотность тока на изображении, которая преобразуется в световой контраст на экране. Под экраном располагается магазин с фотопластинками. При фотографировании экран убирается, и электроны воздействуют на фотоэмульсионный слой. Изображение фокусируется изменением тока, возбуждающего магнитное поле объектива. Токи других линз регулируют для изменения увеличения ПЭМ. 3. ПЭМ с повышенным ускоряющим напряжением (до 200 кВ) предназначены для исследования более толстых объектов (в 2 – 3 раза толще), чем обычные ПЭМ. Их разрешающая способность достигает 3 – 5 Å. Эти приборы отличаются конструкцией электронной пушки: в ней для обеспечения электрической прочности и стабильности имеются два анода, на один из которых подаётся промежуточный потенциал, составляющий половину ускоряющего напряжения. Магнитодвижущая сила линз больше, чем в ПЭМ с ускоряющим напряжением 100 кВ, а сами линзы имеют увеличенные габариты и вес. 4. Сверхвысоковольтные электронные микроскопы (СВЭМ) – крупногабаритные приборы (рис.3) высотой от 5 до 15 м, с ускоряющим напряжением 0,50 – 0,65; 1 – 1,5 и 3.5 МВ. Для них строят специальные помещения. СВЭМ предназначены для исследования объектов толщиной от 1·до·10 мкм. Электроны ускоряются в электростатическом ускорителе (так называемом ускорителе прямого действия), расположенном в баке, заполненном электроизоляционным газом под давлением. В том же или в дополнительном баке находится высоковольтный стабилизированный источник питания. В перспективе – созданию ПЭМ с линейным ускорителем, в котором электроны ускоряются до энергий 5 – 10 МэВ. При изучении тонких объектов PC СВЭМ ниже, чем у ПЭМ. В случае толстых объектов PC СВЭМ в 10 – 20 раз превосходит PC ПЭМ с ускоряющим напряжением 100 кВ. Если же образец аморфный, то контраст электронного изображения определяется толщиной и коэффициентом поглощения материала образца, что наблюдается, например, при изучении морфологии поверхности с помощью пластиковых или углеродных реплик. В кристаллах, кроме того, имеет место дифракция электронов, что позволяет определять структуру кристалла. В Рис.4. Положение диафрагмы Д при светлопольном (а) и темнопольном (б) изображениях: П — прошедший луч; D — дифрагированный луч; Обр — образец; И — электронная пушка ПЭМ можно реализовать следующие режимы работы:

изображение формируется прошедшим пучком П, дифрагированный пучок D отсекается апертурной диафрагмой Д (рис.4, а), это — светлопольное изображение;
апертурная диафрагма Д пропускает дифрагированный D пучок, отсекая прошедший П, это — темнопольное изображение (рис.4, б);
для получения дифракционной картины задняя фокальная плоскость объективной линзы фокусируется на экране микроскопа (рис.4). Тогда на экране наблюдается дифракционная картина от просвечиваемого участка образца.

Для наблюдения изображения в задней фокальной плоскости объектива устанавливается апертурная диафрагма, в результате уменьшается апертура лучей, формирующих изображение, и повышается разрешение. Эта же диафрагма используется для выбора режима наблюдения (см. рис.2 и 5). Д Рис.5. Ход лучей в ПЭМ в режиме микродифракции Д — диафрагма; И — источник электронов; Обр — образец; Э – экран; 1 — конденсорная, 2 — объективная, 3 — промежуточная, 4 -проекционная линзы лина волны при напряжениях, используемых в ПЭМ, составляет около порядка 1∙10 –3 нм, то есть много меньше постоянной решетки кристаллов а, поэтому дифрагированный луч может распространяться лишь под малыми углами θ к проходящему лучу (). Дифракционная картина от кристалла представляет собой набор отдельных точек (рефлексов). В ПЭМ в отличие от электронографа можно получить дифракционную картину с малого участка объекта, используя диафрагму в плоскости, сопряженной с объектом. Размер области может составлять около (1×1) мкм 2 . От режима наблюдения изображения к режиму дифракции можно переходить, изменяя оптическую силу промежуточной линзы.

Электронный микроскоп

прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 10 6 раз) увеличенного изображения объектов, в котором вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30—100 кэв и более) в условиях глубокого вакуума. Физические основы корпускулярно-лучевых оптических приборов были заложены в 1834 (почти за сто лет до появления Э. м.) У. Р. Гамильтоном, установившим существование аналогии между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях. Целесообразность создания Э. м. стала очевидной после выдвижения в 1924 гипотезы о волнах де Бройля (См. Волны де Бройля), а технические предпосылки были созданы немецким физиком X. Бушем, который исследовал фокусирующие свойства осесимметричных полей и разработал магнитную электронную линзу (1926). В 1928 немецкие учёные М. Кнолль и Э. Руска приступили к созданию первого магнитного просвечивающего Э. м. (ПЭМ) и спустя три года получили изображение объекта, сформированное пучками электронов. В последующие годы (М. фон Арденне, Германия, 1938; В. К. Зворыкин, США, 1942) были построены первые растровые Э. м. (РЭМ), работающие по принципу сканирования (развёртывания), т. е. последовательного от точки к точке перемещения тонкого электронного пучка (зонда) по объекту. К середине 1960-х гг. РЭМ достигли высокого технического совершенства, и с этого времени началось их широкое применение в научных исследованиях. ПЭМ обладают самой высокой разрешающей способностью (См. Разрешающая способность)(PC), превосходя по этому параметру световые микроскопы в несколько тыс. раз. Т. н. предел разрешения, характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие максимально близко расположенные детали объекта, у ПЭМ составляет 2—3 Å. При благоприятных условиях можно сфотографировать отдельные тяжёлые атомы. При фотографировании периодических структур, таких как атомные плоскости решёток кристаллов, удаётся реализовать разрешение менее 1 Å. Столь высокие разрешения достигаются благодаря чрезвычайно малой длине волны де Бройля электронов (см. Дифракция частиц). Оптимальным диафрагмированием [см. Диафрагма в электронной (и ионной) оптике] удаётся снизить сферическую аберрацию (См. Сферическая аберрация) объектива (влияющую на PC Э. м.) при достаточно малой дифракционной ошибке. Эффективных методов коррекции аберраций в Э. м. (см. Электронная и ионная оптика) не найдено. Поэтому в ПЭМ магнитные Электронные линзы (ЭЛ), обладающие меньшими аберрациями, полностью вытеснили электростатические ЭЛ. Выпускаются ПЭМ различного назначения. Их молено разделить на 3 группы: Э. м. высокого разрешения, упрощённые ПЭМ и Э. м. с повышенным ускоряющим напряжением.

ПЭМ с высокой разрешающей способностью (2—3 Å) — как правило, универсальные приборы многоцелевого назначения. С помощью дополнительных устройств и приставок в них можно наклонять объект в разных плоскостях на большие углы к оптической оси, нагревать, охлаждать, деформировать его, осуществлять Рентгеновский структурный анализ, исследования методами электронографии (См. Электронография) и пр. Ускоряющее электроны напряжение достигает 100—125 кв, регулируется ступенеобразно и отличается высокой стабильностью: за 1—3 мин оно изменяется не более чем на 1—2 миллионные доли от исходного значения. Изображение типичного ПЭМ описываемого типа приведено на рис. 1. В его оптической системе (колонне) с помощью специальной вакуумной системы создаётся глубокий вакуум (давление до 10 —6 мм рт. ст.). Схема оптической системы ПЭМ изображена на рис. 2. Пучок электронов, источником которых служит накалённый катод, (формируется в электронной пушке (См. Электронная пушка) и затем дважды фокусируется первым и вторым конденсорами, создающими на объекте электронное «пятно» малых размеров (при регулировке диаметр пятна может меняться от 1 до 20 мкм). После прохождения сквозь объект часть электронов рассеивается и задерживается апертурной диафрагмой. Нерассеянные электроны проходят через отверстие диафрагмы и фокусируются объективом в предметной плоскости промежуточной линзы. Здесь формируется первое увеличенное изображение. Последующие линзы создают второе, третье и т. д. изображения. Последняя проекционная линза формирует изображение на флуоресцирующем экране, который светится под воздействием электронов. Увеличение Э. м. равно произведению увеличений всех линз. Степень и характер рассеяния электронов неодинаковы в различных точках объекта, т. к. толщина, плотность и химический состав объекта меняются от точки к точке. Соответственно изменяется число электронов, задержанных апертурной диафрагмой после прохождения различных точек объекта, а следовательно, и плотность тока на изображении, которая преобразуется в световой контраст на экране. Под экраном располагается магазин с фотопластинками. При фотографировании экран убирается, и электроны воздействуют на фотоэмульсионный слой. Изображение фокусируется плавным изменением тока, возбуждающего магнитное поле объектива. Токи др. линз регулируют для изменения увеличения Э. м.

Упрощённые ПЭМ предназначены для исследований, в которых не требуется высокая PC. Они более просты по конструкции (включающей 1 конденсор и 2—3 линзы для увеличения изображения объекта), их отличают меньшее (обычно 60—80 кв) ускоряющее напряжение и более низкая его стабильность. PC этих приборов — от 6 до 15. Другие применения — предварительный просмотр объектов, рутинные исследования, учебные цели. Толщина объекта, которую можно «просветить» электронным пучком, зависит от ускоряющего напряжения. В 100-кв Э. м. изучают объекты толщиной от 10 до нескольких тыс. Å.

ПЭМ с повышенным ускоряющим напряжением (до 200 кв) предназначены для исследования более толстых объектов (в 2—3 раза толще), чем обычные ПЭМ. Их разрешающая способность достигает 3—5 Å. Эти приборы отличаются конструкцией электронной пушки: в ней для обеспечения электрической прочности и стабильности имеются два анода, на один из которых подаётся промежуточный потенциал, составляющий половину ускоряющего напряжения. Магнитодвижущая сила линз больше, чем в 100-кв ПЭМ, а сами линзы имеют увеличенные габариты и вес.

Сверхвысоковольтные Э. м. (СВЭМ) — крупногабаритные приборы (рис. 3) высотой от 5 до 15 м, с ускоряющим напряжением 0,5—0,65; 1—1,5 и 3 Мв. Для них строят специальные помещения. СВЭМ предназначены для исследования объектов толщиной до 1—10 мкм (10 4 —10 6 Å). Электроны ускоряются в электростатическом ускорителе (т. н. ускорителе прямого действия), расположенном в баке, заполненном электроизоляционным газом под давлением. В том же или в дополнительном баке находится высоковольтный стабилизированный источник питания. Ведутся работы по созданию СВЭМ с линейным ускорителем, в котором электроны ускоряются до энергий 5—10 Мэв. При изучении тонких объектов PC СВЭМ ниже, чем у ПЭМ. В случае толстых объектов PC СВЭМ в 10—20 раз превосходит PC 100-кв ПЭМ.

Растровые Э. м. (РЭМ) с накаливаемым катодом предназначены для исследования массивных объектов с разрешением от 70 до 200 Å. Ускоряющее напряжение в РЭМ можно регулировать в пределах от 1 до 30—50 кв.

Устройство растрового Э. м. показано на рис. 4. При помощи 2 или 3 ЭЛ на поверхность образца фокусируется узкий электронный зонд. Магнитные отклоняющие катушки развёртывают зонд по заданной площади на объекте. При взаимодействии электронов зонда с объектом возникает несколько видов излучений (рис. 5) — вторичные и отражённые электроны; электроны, прошедшие сквозь объект (если он тонкий); рентгеновское Тормозное излучение и характеристическое излучение; световое излучение и т. д.

Любое из этих излучений может регистрироваться соответствующим коллектором, содержащим датчик, преобразующий излучение в электрические сигналы, которые после усиления подаются на электроннолучевую трубку (См. Электроннолучевая трубка) (ЭЛТ) и модулируют её пучок. Развёртка пучка ЭЛТ производится синхронно с развёрткой электронного зонда в РЭМ, и на экране ЭЛТ наблюдается увеличенное изображение объекта. Увеличение равно отношению высоты кадра на экране ЭЛТ к ширине сканируемой поверхности объекта. Фотографируют изображение непосредственно с экрана ЭЛТ. Основным достоинством РЭМ является высокая информативность прибора, обусловленная возможностью наблюдать изображение, используя сигналы различных датчиков. С помощью РЭМ можно исследовать микрорельеф, распределение химического состава по объекту, р—n-переходы, производить рентгеноструктурный анализ и многое другое. Образец обычно исследуется без предварительной подготовки. РЭМ находит применение и в технологических процессах (контроль дефектов микросхем и пр.). Высокая для РЭМ PC реализуется при формировании изображения с использованием вторичных электронов. Она определяется диаметром зоны, из которой эти электроны эмиттируются. Размер зоны в свою очередь зависит от диаметра зонда, свойств объекта, скорости электронов первичного пучка и т. д. При большой глубине проникновения первичных электронов вторичные процессы, развивающиеся во всех направлениях, увеличивают диаметр зоны и PC падает. Детектор вторичных электронов состоит из фотоэлектронного умножителя (См. Фотоэлектронный умножитель) (ФЭУ) и электронно-фотонного преобразователя, основным элементом которого является сцинтиллятор (См. Сцинтилляторы) с двумя электродами — вытягивающим в виде сетки, находящейся под положительным потенциалом (до нескольких сотен в), и ускоряющим; последний сообщает захваченным вторичным электронам энергию, необходимую для возбуждения сцинтиллятора. К ускоряющему электроду приложено напряжение около 10 кв; обычно он представляет собой алюминиевое покрытие на поверхности сцинтиллятора. Число вспышек сцинтиллятора пропорционально числу вторичных электронов, выбитых в данной точке объекта. После усиления в ФЭУ и в видеоусилителе сигнал модулирует пучок ЭЛТ. Величина сигнала зависит от топографии образца, наличия локальных электрических и магнитных микрополей, величины коэффициента вторичной электронной эмиссии (См. Вторичная электронная эмиссия), который в свою очередь зависит от химического состава образца в данной точке. Отражённые электроны регистрируются полупроводниковым (кремниевым) детектором. Контраст изображения обусловлен зависимостью коэффициента отражения от угла падения первичного пучка и атомного номера вещества. Разрешение изображения, получаемого «в отражённых электронах», ниже, чем получаемого с помощью вторичных электронов (иногда на порядок величины). Из-за прямолинейности полёта электронов к коллектору информация об отдельных участках, от которых нет прямого пути к коллектору, теряется (возникают тени). Характеристическое рентгеновское излучение выделяется или рентгеновским кристаллическим спектрометром или энергодисперсным датчиком — полупроводниковым детектором (обычно из чистого кремния, легированного литием). В первом случае рентгеновские кванты после отражения кристаллом спектрометра регистрируются газовым пропорциональным счётчиком (См. Пропорциональный счётчик), а во втором — сигнал, снимаемый с полупроводникового детектора, усиливается малошумящим усилителем (который для снижения шума охлаждается жидким азотом) и последующей системой усиления. Сигнал от кристаллического спектрометра модулирует пучок ЭЛТ, и на экране возникает картина распределения того или иного химического элемента по поверхности объекта. На РЭМ производят также локальный рентгеновский количественный анализ. Энергодисперсный детектор регистрирует все элементы от Na до U при высокой чувствительности. Кристаллический спектрометр с помощью набора кристаллов с различными межплоскостными расстояниями (см. Брэгга — Вульфа условие) перекрывает диапазон от Be до U. Существенный недостаток РЭМ — большая длительность процесса «снятия» информации при исследовании объектов. Сравнительно высокую PC можно получить, используя электронный зонд достаточно малого диаметра. Но при этом уменьшается сила тока зонда, вследствие чего резко возрастает влияние дробового эффекта (См. Дробовой эффект), снижающего отношение полезного сигнала к шуму. Чтобы отношение «сигнал/шум» не падало ниже заданного уровня, необходимо замедлить скорость сканирования для накопления в каждой точке объекта достаточно большого числа первичных электронов (и соответствующего количества вторичных). В результате высокая PC реализуется лишь при малых скоростях развёртки. Иногда один кадр формируется в течение 10—15 мин.

РЭМ с автоэмиссионной пушкой обладают высокой для РЭМ PC (до 30 Å). В автоэмиссионной пушке (как и в электронном проекторе (См. Электронный проектор)) используется катод в форме острия, у вершины которого возникает сильное электрическое поле, вырывающее электроны из катода (см. Туннельная эмиссия). Электронная яркость пушки с автоэмиссионным катодом в 10 3 —10₄ раз выше, чем пушки с накалённым катодом. Соответственно увеличивается ток электронного зонда. Поэтому в РЭМ с автоэмиссионной пушкой осуществляют быстрые развёртки, а диаметр зонда уменьшают для повышения PC. Однако автоэмиссионный катод работает устойчиво лишь при сверхвысоком вакууме (10 —9 —10 —11 мм рт. ст.), и это усложняет конструкцию таких РЭМ и работу на них.

Просвечивающие растровые Э. м. (ПРЭМ) обладают столь же высокой PC, как и ПЭМ. В этих приборах применяются автоэмиссионные пушки, обеспечивающие достаточно большой ток в зонде диаметром до 2—3 Å. На рис. 6 приведено схематическое изображение ПРЭМ. Две магнитные линзы уменьшают диаметр зонда. Ниже объекта расположены детекторы — центральный и кольцевой. На первый попадают нерассеянные электроны, и после преобразования и усиления соответствующих сигналов на экране ЭЛТ появляется т. н. светлопольное изображение. На кольцевом детекторе собираются рассеянные электроны, создающие т. н. темнопольное изображение. В ПРЭМ можно исследовать более толстые объекты, чем в ПЭМ, т. к. возрастание числа неупруго рассеянных электронов с толщиной не влияет на разрешение (после объекта оптика в ПРЭМ отсутствует). С помощью анализатора энергии электроны, прошедшие сквозь объект, разделяются на упруго и неупруго рассеянные пучки. Каждый пучок попадает на свой детектор, и на ЭЛТ наблюдается соответствующее изображение, содержащее дополнительную информацию о рассеивающих свойствах объекта. Высокое разрешение в ПРЭМ достигается при медленных развёртках, т. к. в зонде диаметром всего 2—3 Å ток получается слишком малым.

Э. м. смешанного типа. Сочетание в одном приборе принципов формирования изображения с неподвижным пучком (как в ПЭМ) и сканирования тонкого зонда по объекту позволило реализовать в таком Э. м. преимущества ПЭМ, РЭМ и ПРЭМ. В настоящее время во всех ПЭМ предусмотрена возможность наблюдения объектов в растровом режиме (с помощью конденсорных линз и объектива, создающих уменьшенное изображение источника электронов, которое сканируется по объекту отклоняющими системами). Кроме изображения, сформированного неподвижным пучком, получают растровые изображения на экранах ЭЛТ с использованием прошедших и вторичных электронов, характеристические рентгеновские спектры и т. д. Оптическая система такого ПЭМ, расположенная после объекта, даёт возможность работать в режимах, неосуществимых в других приборах. Например, можно одновременно наблюдать электронограмму на экране ЭЛТ и изображение того же объекта на экране прибора.

Эмиссионные Э. м. создают изображение объекта в электронах, которые эмиттирует сам объект при нагревании, бомбардировке первичным пучком электронов, освещении и при наложении сильного электрического поля, вырывающего электроны из объекта. Эти приборы обычно имеют узкое целевое назначение.

Зеркальные Э. м. служат главным образом для визуализации электростатического «потенциального рельефа» и магнитных микрополей на поверхности объекта. Основным оптическим элементом прибора является Электронное зеркало, причём одним из электродов служит сам объект, который находится под небольшим отрицательным потенциалом относительно катода пушки. Электронный пучок направляется в зеркало и отражается полем в непосредственной близости от поверхности объекта. Зеркало формирует на экране изображение «в отражённых пучках». Микрополя возле поверхности объекта перераспределяют электроны отражённых пучков, создавая контраст на изображении, визуализирующий эти микрополя.

Перспективы развития Э. м. Повышение PC в изображениях непериодических объектов до 1 Å и более позволит регистрировать не только тяжёлые, но и лёгкие атомы и визуализировать органический мир на атомарном уровне. Для создания Э. м. с подобным разрешением повышают ускоряющее напряжение, разрабатывают ЭЛ с малыми аберрациями, в частности криогенные линзы, в которых используется эффект сверхпроводимости (См. Сверхпроводимость) при низких температурах, работают над созданием методов исправления аберраций ЭЛ и т. д. Исследование механизма формирования частотно-контрастных характеристик (См. Частотно-контрастная характеристика) изображения в Э. м. привело к разработке методов реконструкции изображения, которые осуществляются аналогично тому, как это делается в световой оптике, где подобные методы основаны на Фурье преобразованиях (См. Фурье преобразование), а соответствующие расчёты производятся на ЭВМ.

Лит.: Eighth international congress on electron microscopy, Canberra, 1974; Стоянов П. А., Мосеев В. В., Розоренова К. М., Ренский И. О., Электронный микроскоп предельного разрешения ЭМВ-100Л, «Изв. АН СССР. Сер. физическая», т. 34, 1970; Хокс П., Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ., М., 1974; Деркач В. П., Кияшко Г. Ф., Кухарчук М. С., Электронозондовые устройства, К., 1974; Стоянова И. Г., Анаскин И. Ф., Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии, М., 1972; Oatley С. W., The scanning electron microscope, Camb., 1972; Grivet P., Electron optics, 2 ed., Oxf., 1972.

П. А. Стоянов.

Рис. 1. Электронный микроскоп просвечивающего типа (ПЭМ): 1 — электронная пушка; 2 — конденсорные линзы; 3 — объектив; 4 — проекционные линзы; 5 — световой микроскоп, дополнительно увеличивающий изображение, наблюдаемое на экране: 6 — тубус со смотровыми окнами, через которые можно наблюдать изображение; 7 — высоковольтный кабель; 8 — вакуумная система; 9 — пульт управления; 10 — стенд; 11 — высоковольтное питающее устройство; 12 — источник питания линз.

Рис. 2. Оптическая схема ПЭМ. 1 — катод v-образной формы из вольфрамовой проволоки (разогревается проходящим по нему током до 2800 К); 2 — фокусирующий цилиндр; 3 — анод; 4 — первый (короткофокусный) конденсор, создающий уменьшенное изображение источника электронов; 5 — второй (длиннофокусный) конденсор, который переносит уменьшенное изображение источника электронов на объект; 6 — объект; 7 — апертурная диафрагма; 8 — объектив; 9, 10, 11 система проекционных линз; 12 — катодолюминесцентный экран, на котором формируется конечное изображение.

Рис. 3. Сверхвысоковольтный электронный микроскоп (СВЭМ): 1 — бак, в который накачивается электроизоляционный газ (элегаз) до давления 3—5 атм; 2 — электронная пушка; 3 — ускорительная трубка; 4 — конденсаторы высоковольтного источника; 5 — блок конденсорных линз; 6 — объектив; 7, 8, 9— проекционные линзы; 10 — световой микроскоп; 11 — пульт управления.

Рис. 4. Растровый электронный микроскоп (РЭМ): 1 — изолятор электронной пушки; 2 — накаливаемый V-образный катод; 3 — фокусирующий электрод; 4 — анод; 5 — блок двух конденсорных линз; 6 — диафрагма; 7 — двухъярусная отклоняющая система; 8 — объектив; 9 — диафрагма; 10 — объект; 11 — детектор вторичных электронов; 12 — кристаллический спектрометр; 13 — пропорциональный счётчик; 14 — предварительный усилитель; 15 — блок усиления: 16, 17 — аппаратура для регистрации рентгеновского излучения; 18 — блок усиления; 19 — блок регулировки увеличения; 20, 21 — блоки горизонтальной и вертикальной развёрток; 22, 23 — электроннолучевые трубки.

Рис. 5. Схема регистрации информации об объекте, получаемой в РЭМ. 1 — первичный пучок электронов; 2 — детектор вторичных электронов; 3 — детектор рентгеновского излучения; 4 — детектор отражённых электронов; 5 — детектор светового излучения; 6 — детектор прошедших электронов; 7 — прибор для измерения наведённого на объекте электрического потенциала; 8 — прибор для измерения тока прошедших через объект электронов; 9 — прибор для измерения тока поглощенных в объекте электронов.

Рис. 6. Принципиальная схема просвечивающего растрового электронного микроскопа (ПРЭМ): 1 — автоэмиссионный катод; 2 —промежуточный анод; 3 — анод; 4 — отклоняющая система для юстировки пучка; 5 — диафрагма «осветителя»; 6, 8 — отклоняющие системы для развертки электронного зонда; 7 — магнитная длиннофокусная линза; 9 — апертурная диафрагма; 10 — магнитный объектив; 11 — объект; 12, 14 — отклоняющие системы; 13 — кольцевой коллектор рассеянных электронов; 15 — коллектор нерассеянных электронов (убирается при работе со спектрометром); 16 — магнитный спектрометр, в котором электронные пучки поворачиваются магнитным полем на 90°; 17 — отклоняющая система для отбора электронов с различными потерями энергии; 18 — щель спектрометра; 19 — коллектор; ВЭ — поток вторичных электронов hν — рентгеновское излучение.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Электронный захват
Электронный парамагнитный резонанс