Лабораторные работы - электронная микроскопия (829313)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лабораторные работы по теме«Сканирующая электронная микроскопияи рентгеновский микроанализ»Теоретические основы сканирующей электронноймикроскопии и рентгеновского микроанализаВведениеМикроскоп — это прибор, используемый для научных исследований,который предназначен, как и любой научный прибор, для полученияинформации об объекте исследования.Первой отличительной особенностью любого микроскопа являетсяпредставлениеинформацииобобъектевформеизображением понимается графическое представлениеизображения.Подмассива данных,описывающего определенный признак объекта (как правило, морфологический)в зависимости от координат в плоскости.

При воспроизведении изображения всовременныхприборахиспользуютсяцифровыесредстваотображения,изображение разбивается на точки (pixel), каждая из которых имеет своикоординаты в плоскости (Х и У) (рис.1). В самом простом случае каждой точкеприписывается величина яркости, которая, как правило, пропорциональнавеличине сигнала, регистрируемого при исследовании образца. Например, вслучаеоптической(световой)микроскопии,такимсигналомявляетсяинтенсивность света отраженного образцом или прошедшего через образец.

Влюбом случае регистрируемый сигнал является результатом воздействия наобъект исследования (светом, электронами и т.д.)Рис. 1. Представление данных в форме двумерного изображения.Существует два способа накопления массива данных для построенияизображения: параллельный и последовательный. Параллельный способподразумевает одновременное воздействие на все точки объекта исследования споследующей регистрацией сигнала координатно-чувствительным детектором(матрицей детекторов). В случае же последовательного способа регистрациивоздействие на точки объекта осуществляется поочередно, путем сканирования,а сигнал регистрируется одним детектором.

Именно второй способ построенияизображения используется в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ).Второй отличительной особенностью микроскопа является получениеувеличенногоизображенияобъектаисследования.Подувеличениемпонимается отношение расстояния между изображениями двух точек объектана изображении к расстоянию между этими точками на объекте.Увеличением M (Magnification) вСЭМ называется отношение размераизображения на устройстве отображения (мониторе) к размеру областисканирования на исследуемом объекте (рис.

2). Размер изображения ограниченразмерами монитора, следовательно, для изменения увеличения необходимоизменять размеры области сканирования. Чем меньше область сканирования,тем больше увеличение.Рис. 2. УвеличениеОсновнойхарактеристикойфизическимразрешениеммикроскопамикроскопаявляетсяразрешение.подразумеваетсяПодминимальноерасстояние между двумя объектами, при котором они различимы наизображении. Если расстояние между объектами меньше, чем разрешениемикроскопа, то объекты сливаются в один (рис.3).Рис.

3. Определение разрешения на изображении.Разрешениерегистрируетсяопределяетсядетектором—размерамиобластиобласти,сигналвзаимодействияизкоторойэлектроновсматериалом. Размеры области взаимодействия определяются не толькоразмерами электронного пучка, но и процессами взаимодействия электронов свеществом.Дляполучениякачественногоизображениянеобходимоминимизировать размеры электронного пучка, т.е. сфокусировать его.Итак,сканирующийэлектронныймикроскоп—этоприбор,предназначенный для получения увеличенного изображения объекта путемсканирования по объекту сфокусированным пучком электронов и регистрациидетектором сигнала, возникающего в результате взаимодействия электронов свеществом.Принципиальная схема сканирующего электронного (рис.4) микроскопавключает в себя источник электронов, оптическую систему для фокусировкиэлектронов и сканирования (электронную колонну), камеру с образцом идетекторы для регистрации сигнала, а также систему откачки, необходимую длясоздания вакуума в микроскопе.

Необходимо помнить, что в воздухе электронне сможет долететь от источника до образца, т.к. столкнется с молекуламивоздуха на своем пути, поэтому вакуум в пушке, колонне и камере микроскопаявляется необходимым условием для работы микроскопа.Рис. 4. Принципиальная схема СЭМ.Испускаемые катодом электроны, проходя через систему электроннойоптики, фокусируются и ускоряются в направлении образца. В процессесканирования сфокусированным пучком по поверхности образца происходитэмиссия вторичных электронов, которые регистрируются детектором. Такимобразом, на систему сбора данных поступает информация о координатах пучкана образце и величине сигнала с детектора. При построении изображениякаждой точке образца приписывается яркость пропорциональная величинесигнала, измеренного в момент, когда пучок находился в этой точке.Источник электроновВосновеработыисточникаэлектроновлежитявлениеэмиссии(испускания) электронов металлами в вакууме при высокой температуре или всильном электрическом поле.

Явление испускания электронов при нагревеносит название термоэлектронной эмиссии. Явление испускания электронов всильном электрическом поле носит название автоэлектронной (полевой)эмиссии.Напрактикеиспользуютсякактермоэмиссионные,такиавтоэмиссионные источники (катоды).Токэлектронов,испускаемыхтермоэмиссионнымисточником,описывается законом Ричардсона:J 0  AT 2 exp( / kT ) ,где A – постоянная Ричардсона и φ – работа выхода электронов зависят отматериала катода, а T – температура катода.Из полученного выражения видно, что ток эмиссии определяетсятемпературой и повышением температуры можно добиться большей плотноститока.

Однако при повышении температуры также увеличивается скоростьиспарения материала, что уменьшает срок службы катода. На практике обычновыбирается оптимум, позволяющий получить достаточный ток пучка, примаксимальном сроке службы.Плотностьтока,испускаемогоавтоэмиссионнымисточником,определяется законом Фаулера-Нордгейма: 8 2m  3/2e 2jexp  ( y) 8 h 3heгде  ( y)  0,95 1,03 y 2 — функция Нордгейма от аргумента y  eвыхода,  - напряженность электрического поля.e,  — работаНа практике также используются, так называемые, термополевые катоды,в которых одновременно с приложением сильного электрического поляиспользуется нагрев.

При повышении температуры плотность тока автоэмиссииувеличивается, причем приращение пропорционально квадрату температуры:j (T )  j (0)j (0)Системаизисточникаи 2T r2дополнительныхэлектродовназываетсяэлектронной пушкой. Вылетевшие электроны с помощью электрического поляускоряются и направляются через оптическую систему на образец.Электронная оптикаКолонна электронной оптики, как правило, состоит из конденсорнойлинзы,диафрагмы,современныхотклоняющейколоннахсистемыэлектроннойоптикииобъективнойиспользуетсялинзы.Всистемаизнескольких конденсорных линз и отклоняющих систем, а также устройства длякомпенсации астигматизма.В основе работы всех элементов электронной оптики лежит изменениетраектории электронов под действием электрического или магнитного поля.

Вотличие от привычных стеклянных линз для видимого света, линзы дляэлектронов представляют собой системы из электродов, к которым приложенонапряжение, катушек, по которым течет ток. Изменяя величину напряжения илитока можно изменить фокусное расстояние (оптическую силу) линзы. Именноэтот эффект используется при фокусировке электронного пучка на поверхностиобразца.Магнитная линза (рис.5.) представляет собой аксиально-симметричнуюкатушку с сердечником, в котором есть зазор. Выступ сердечника с зазоромобычно называется полюсным наконечником.Рис.

5. Магнитная линза.Взазореприсутствуетаксиальнаяирадиальнаясоставляющаямагнитного поля, причем радиальная составляющая меняет знак припрохождении через центр зазора. Сила, действующая на электроны в магнитномполе: F=− e [v× B ] , где v – скорость электрона, B - индукция магнитногополя. Около края полюсного наконечника на электрон действует радиальнаясоставляющая магнитного поляBr ,в результате чего он приобретаеттангенциальную скорость:v eBr a,m(0.0.1)где a — путь электрона в поле направленном радиально. Ненулеваятангенциальная скорость в центре зазора приводит к тому, что под действиемполя вдоль оси Bz , электрон приобретает радиальную скорость:vr e2 abBr Bz,m2 v 0(0.0.2)здесь b — путь вдоль оси, в поле Bz .

Около второго края полюсногонаконечника поле также направлено радиально, но имеет противоположныйзнак. Под влиянием этого поля электрон теряет тангенциальную составляющуюскорости, приобретенной при входе в линзу. В итоге после линзы электроны впучке приобретают радиальную скорость, по направлению к оптической оси,т.е. фокусируются. При этом в зазоре полюсного наконечника электроны имеюттангенциальную составляющую скорости, это приводит к тому, что пучокповорачивается вокруг оптической оси.Отклоняющая система используется в первую очередь для сканированияпучком по поверхности образца и, как правило, позволяет выбратьпроизвольное направление сканирования, т.е.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы