Историческая схема растрового электронного микроскопа отличается от современных моделей. Сам принцип работы особых изменений не претерпел:
1. Электронный пучок направляется на исследуемый образец.
2. Во время работы образуются вторичные электроны, собираемые специальным детектором.
3. Тонкий электронный зонд генерируется электронной пушкой, а затем фокусируется линзами. Отклоняют его сканирующие катушки во взаимоперпендикулярных направлениях.
4. Получаемые изображения регистрируются в виде нулей и единиц, а затем преобразовываются в цифровую картинку.
Работа растрового электронного микроскопа завершается, когда весь образец будет просканирован. В старых моделях изображение формировалось за счет синхронизации электронного пучка в кинескопе с электронным пучком микроскопа. Готовое изображение появлялось на кинескопе. При необходимости его можно было перенести на фотопленку.
Стандартное устройство растрового электронного микроскопа:
· электронная пушка;
· первый конденсор;
· второй конденсор;
· отклоняющие катушки;
· микрозонд;
· объектив;
· детектор ОЭ;
· детектор ВЭ;
· вакуумный насос.
Кроме перечисленных элементов, в прибор входят разные типы детекторов. Они способны генерировать и выявлять следующие типы сигналов:
· дифракции отраженных электронных частиц;
· потери тока на образце;
· ток, проходящий через образец;
· световой сигнал;
· рентгеновское излучение с определенным характеристиками;
· прошедшие через образец электронные элементы.
Все типы детекторов в одном микроскопе встречаются редко. Кроме стандартного анализа ВЭ и ОЭ, прибор может поддерживать 2-3 дополнительные опции.
Разрешение Микроскопа
Разрешение метода получения изображения растровой электронной микроскопии ограничено длиной волны падающего излучения – в случае электронного микроскопа это (помимо ряда других факторов, например, диаметра пятна на образце) длина волны электронов сфокусированного пучка, падающего на образец. Мощный растровый электронный микроскоп можно использовать для просмотра деталей 0,3-0,4 нм. У оптических приборов этот показатель равен всего 0,2 мкм. Для просмотра более мелких деталей придётся сократить длину волны, которая направлена на исследуемый объект.
Пространственное разрешение оборудования определяется его электронно-оптической системой. Также оно ограничивается размером области взаимодействия объекта с зондом. Самые высокое разрешение при использовании ВЭ, а самое низкое – при рентгеновском излучении. В отличие от просвечивающих устройств, растровое обеспечивает визуализацию большей площади объекта и возможность исследования больших образцов
Области применения растровой электронной микроскопии
Сканирующий растровый микроскоп позволяет исследовать микроморфологию и тонкую структуру поверхности крупных образцов. Этот прибор применяется во всех областях науки: химии, физике, биологии, геологии, материаловедении, криминалистики. С помощью растровых микроскопов можно:
· изучать структуру и строение микрокристаллов;
· исследовать структуру материалов при нагреве и охлаждении;
· осуществлять качественный и количественный элементный анализ;
· исследовать структуру образцов при механическом воздействии;
· анализировать токи, вызванные электронным пучком;
· осуществлять электронно-лучевую литографию;
· составлять карты распределения элементов по площади исследуемого объекта.
В техническом описании микроскопа указывают разрешение в режиме высокого и низкого вакуума, ток пучка электронов, увеличение, ионный источник, ток пучка ионов.
Заключение
Метод просвечивающей электронной микроскопии позволяет изучать внутреннюю структуру исследуемых металлов и сплавов, в частности: определять тип и параметры кристаллической решетки материала; изучать строение границ зерен; определять кристаллографическую ориентацию отдельных зерен, субзерен; определять углы разориентировки между зернами, субзернами; изучать плотность и распределение дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки) в материалах изделий; изучать процессы структурных и фазовых превращений в сплавах; изучать влияние на структуру конструкционных материалов технологических факторов (прокатки, ковки, сварки, механической обработки).
Метод растровой сканирующей электронной микроскопии позволяет изучать следующие особенности структуры материалов: определять зеренную структуру (форму и размер зерен); изучать строение границ зерен; изучать поверхностную топографию, в том числе материалов с «грубым» поверхностным рельефом; изучать изломы образцов различных материалов и характер разрушения (хрупкое, вязкое); исследовать границы раздела в слоистых материалах.
Список литературы
1. Растровый микроскоп: устройство и принцип работы: [Электронный ресурс]. URL: https://sernia.ru/training/rastrovyj-mikroskop/ (Дата обращения: 03.04.2019).
2. Электронный микроскоп. Электронная оптическая схема: [Электронный ресурс]. URL: https://www.microsystemy.ru/info/articles/elektronnyy-mikroskop-elektronnaya-opticheskaya-skhema/ (Дата обращения: 14.03.2017).
3. Просвечивающая электронная микроскопия: [Электронный ресурс]. URL: https://helpiks.org/6-26744.html (Дата обращения: 22.12.2015).
4. Электронная микроскопия: [Электронный ресурс]. URL: https://himya.ru/elektronnaya-mikroskopiya.html (Дата обращения: 27.02.2015).
5. Области применения растрового электронного микроскопа: [Электронный ресурс]. URL: https://lab.bmstu.ru/rem/parts2/parts5/index.htm (Дата обращения: 10.05.2018).