Giới thiệu về Nguyên lý Hình ảnh của Kính hiển vi Điện tử Truyền qua
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử truyền qua gồm hai phần: phần chính là hệ thống chiếu sáng, hệ thống chụp ảnh và đài quan sát; phần phụ là hệ thống chân không và hệ thống điện.
1. Hệ thống chiếu sáng
Hệ thống được chia thành hai phần: súng điện tử và bình ngưng. Súng bắn điện tử bao gồm một dây tóc (cực âm), một tấm lưới và một cực dương. Dây tóc đốt nóng phát ra chùm êlectron. Khi đặt một hiệu điện thế vào anôt, các êlectron được tăng tốc. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt là tổng hiệu điện thế gia tốc. Các êlectron được gia tốc có năng lượng được phóng ra từ các lỗ trống trên tấm anôt. Năng lượng của chùm điện tử phát ra liên quan đến điện áp gia tốc, và lưới điện đóng vai trò điều khiển hình dạng của chùm điện tử. Chùm tia điện tử có góc phân kì nhất định. Sau khi điều chỉnh thấu kính tụ, có thể thấy một chùm điện tử song song với góc phân kỳ nhỏ hoặc thậm chí bằng không. Mật độ dòng (dòng điện) của chùm tia điện tử có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh dòng điện của thấu kính ngưng tụ.
Kích thước của vùng trên mẫu cần được chiếu sáng có liên quan đến độ phóng đại. Độ phóng đại càng cao, vùng được chiếu sáng càng nhỏ. Do đó, cần phải có một chùm điện tử mịn hơn để chiếu xạ mẫu. Kích thước điểm chùm của chùm điện tử do súng điện tử phát ra trực tiếp lớn hơn và tính liên kết cũng kém. Để sử dụng hiệu quả hơn các điện tử này và thu được chùm điện tử chiếu sáng có độ sáng cao và độ kết hợp tốt đáp ứng nhu cầu của kính hiển vi điện tử truyền qua ở các độ phóng đại khác nhau, chùm điện tử do súng bắn điện tử phát ra cần phải được hội tụ nhiều hơn để cung cấp các điểm chùm khác nhau. kích thước. , chùm sáng xấp xỉ song song. Nhiệm vụ này thường được thực hiện bởi hai thấu kính điện từ được gọi là bộ ngưng tụ. Trong hình, C1 và C2 lần lượt đại diện cho bình ngưng thứ nhất và bình ngưng thứ hai. C1 thường giữ nguyên, và vai trò của nó là thiết lập giao điểm của các súng điện tử để giảm kích thước của hình ảnh nhiều hơn một bậc của độ lớn. Ngoài ra, một thiết bị nghiêng chùm tia được lắp đặt trong hệ thống chiếu sáng, có thể dễ dàng nghiêng chùm tia điện tử trong phạm vi từ 2 độ đến 3 độ để chiếu sáng mẫu ở các góc nghiêng khác nhau.
2. Hệ thống hình ảnh
Hệ thống bao gồm các phần tử quang học điện tử như buồng chứa mẫu, vật kính, gương trung gian, màng cản quang, màng nhiễu xạ, thấu kính chiếu, ... Buồng mẫu có cơ chế đảm bảo chân không của thân chính không bị hỏng trong quá trình thay đổi mẫu thường xuyên . Mẫu có thể được di chuyển theo hướng X và Y để tìm vị trí cần quan sát. Chùm điện tử song song thu được bởi thấu kính hội tụ chiếu vào mẫu và mang thông tin phản ánh các đặc tính của mẫu sau khi đi qua mẫu. Ảnh điện tử được tạo thành dưới tác dụng của vật kính và màng cản quang, sau đó được gương trung gian và thấu kính chiếu phóng to lên. Hình ảnh điện tử cuối cùng thu được trên màn hình huỳnh quang.
Hệ thống chiếu sáng cung cấp chùm điện tử chiếu sáng nhất quán, mang thông tin cấu trúc của mẫu sau khi đi qua mẫu và lan truyền theo các hướng khác nhau (ví dụ, khi có một nhóm mặt tinh thể thỏa mãn phương trình Bragg, 2 góc có thể được tạo ra trong phương cắt với chùm tia nhiễu xạ tới). Mục tiêu sẽ đến từ các phần khác nhau của mẫu có cùng hướng lan truyền. Các điện tử hội tụ thành một điểm duy nhất trên mặt phẳng tiêu điểm phía sau, và các điện tử di chuyển theo các hướng khác nhau tạo thành các điểm khác nhau tương ứng. Chùm sáng trực tiếp có góc tán xạ bằng không hội tụ tại tiêu điểm của vật kính, tạo thành điểm chính giữa. Bằng cách này, một mẫu nhiễu xạ được hình thành trên mặt phẳng tiêu điểm sau của vật kính. Trên mặt phẳng ảnh của vật kính, các chùm điện tử này kết hợp lại để tạo ra ảnh kết hợp. Bằng cách điều chỉnh dòng thấu kính của thấu kính trung gian, mặt phẳng vật thể của thấu kính trung gian và mặt phẳng tiêu điểm phía sau của vật kính trùng nhau, có thể hiển thị trên màn huỳnh quang. Hình ảnh nhiễu xạ thu được ở trên có thể làm cho mặt phẳng vật của thấu kính trung gian trùng với mặt phẳng ảnh của vật kính, từ đó thu được ảnh hiển vi. Thông qua sự hợp tác của hai gương trung gian, chiều dài và độ phóng đại của máy ảnh có thể được điều chỉnh trong một phạm vi lớn hơn.
3. Phòng thu quan sát
Hình ảnh điện tử được phản chiếu trên màn hình huỳnh quang. Ánh sáng huỳnh quang tỉ lệ với dòng điện của chùm tia điện tử. Sử dụng tấm khô điện tử thay cho màn hình huỳnh quang để chụp ảnh. Khả năng cảm quang của tấm khô liên quan đến bước sóng của nó.
4. Hệ thống chân không
Hệ thống chân không bao gồm bơm cơ khí, bơm khuếch tán dầu, bơm ion, dụng cụ đo chân không và đường ống dẫn chân không. Chức năng của nó là loại bỏ khí trong ống kính, sao cho độ chân không của ống kính phải đạt ít nhất 10-5 Torr và độ chân không tốt nhất có thể đạt đến 10-9-10-10 Torr. Nếu chân không thấp, va chạm giữa các electron và phân tử khí có thể gây ra hiện tượng tán xạ và ảnh hưởng đến độ tương phản. Nó cũng sẽ gây ra sự ion hóa điện áp cao giữa lưới điện tử và cực dương, gây ra phóng điện giữa các điện cực. Các khí dư cũng có thể ăn mòn dây tóc và làm nhiễm bẩn mẫu.
5. Hệ thống điều khiển công suất
Sự không ổn định của điện áp gia tốc và dòng điện từ thấu kính có thể gây ra hiện tượng quang sai màu nghiêm trọng và làm giảm độ phân giải của kính hiển vi điện tử. Do đó, sự ổn định của điện áp gia tốc và dòng thấu kính là một tiêu chí quan trọng để đo hiệu suất của kính hiển vi điện tử. Mạch TEM chủ yếu bao gồm các bộ phận sau: bộ nguồn DC điện áp cao, bộ nguồn kích thích thấu kính, bộ nguồn cuộn lệch, bộ cấp nguồn làm nóng dây tóc súng điện tử, mạch điều khiển hệ thống chân không, bộ cấp nguồn bơm chân không, thiết bị truyền động camera và phơi sáng tự động mạch điện.
Ngoài ra, nhiều kính hiển vi điện tử hiệu suất cao được trang bị các phụ kiện quét, quang phổ năng lượng, quang phổ tổn thất năng lượng điện tử.
