Сканирующая электронная микроскопия

Введение

Электронная микроскопия завоевала огромную популярность, на сегодняшний день нельзя себе представить лабораторию, которая занимается исследованием материалов и не применяет её.
Первый успех электронной микроскопии относится к тридцатым годам XX века, когда с помощью неё была выявлена структура ряда биологических объектов и органических материалов. В исследовании неорганических материалов, в частности металлов электронная микроскопия укрепила свои позиции с появлением микроскопов с высоким напряжением от 100кВ и выше, а также благодаря усовершенствованию техники получения объектов, которая позволила работать с самим материалом непосредственно, а не с его слепками-репликами.
Тема данной работы – сканирующая электронная микроскопия.
Цель данной работы – рассказать о сканирующей электронной микроскопии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Дать определение электронной микроскопии, рассказать о ее направлениях.
2) Рассказать о методе сканирующей электронной микроскопии и её основах.


1. ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

Электронная микроскопия – является совокупностью электронно-зондовых методов исследования микроструктуры твердых тел, их микрополей (магнитных, электрических и т.д.) и локального состава при помощи электронных микроскопов – в которых для получения увеличенного изображения используется электронный пучок.1 Также в электронную микроскопию включены методики подготовки изучаемых объектов, анализа и обработки результирующей информации. Существует два основных направления электронной микроскопии: просвечивающая(трансмиссионная) и сканирующая(растровая), которые основаны на использовании определенных типов электронной микроскопии. Они дают качественно различную информацию об объекте исследования и часто используются вместе. Также известны такие виды электронной микроскопии как – эмиссионная, лоренцова, отражательная, оже-электронная и иные типы электронной микроскопии, которые как правило реализуются, при помощи приставок к сканирующим и трансмиссионным микроскопам.


2. СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

Растровый электронный микроскоп – является одним из самых информативных приборов для микроструктурных исследований. Если сравнивать его с оптическим микроскопом, то растровый микроскоп обладает куда большим увеличением (до 10000), большей глубиной фокуса(от 1 мкм при увеличении 10000, до 2 мм при десятикратном увеличении), он позволяет более просто получать и интерпретировать изображение поверхности материала с выраженным рельефом, например – поверхности излома, пористые материалы или глубокотравленные поверхности.2

2.1 Основы растровой электронной микроскопии
В наши дни есть ряд монографий по методике исследования, физическим основам и применению растровой электронной микроскопии

. Принцип работы растрового электронного микроскопа довольно прост: электроны, которые испускаются нагретым LaBe (низкоугловой детектор отраженных электронов) или вольфрамовым катодом, фокусируются магнитными линзами в пятно диаметром ~10 нм. Использование катодов с полевой эмиссией дает возможность получить электронный луч с ещё меньшим диаметром. Применяется ускоряющее напряжение от 1 до 50 кВ. величина тока пучка электронов на поверхности варьируется от 10-6 до 10-11 А. Электронный луч быстро сканирует исследуемый участок поверхности и модулирует яркость второго электронного луча, параллельно с ним двигающегося по телеэкрану микроскопа.
Увеличение микроскопа можно регулировать посредством изменения силы тока в обмотках электромагнитных линз, нормальным диапазоном увеличения является – 10-50000. Изображение выводится на высокоразрешающий экран электронно-лучевой трубки, имеющей разрешение 0.1 мм, что при увеличении 10000 равняется 10 нм на исследуемой поверхности. Яркость любой из точек на телевизионном изображении можно определить при помощи величины сигнала с детектора электронов, который равен приблизительно 10-14 А и поэтому должен быть усилен при помощи обычного усилителя или электронного умножителя. Четкость изображения поверхности исследуемого образца при многократных увеличениях определяется уровнем шумов в электронных схемах.
Обратноотраженные электроны образуются при рассеянии первичных электронов на большие углы (до 90°) в результате однократного упругово рассеяния или в результате многократного рассеяния на малые углы. Если энергия первичного пучка равна 10 – 20 кэВ, то около половины от всех образующихся одноотраженных и вторичных электронов достигают поверхности образца и покидают её. Если атомный номер материала в точке падения первичного пучка снижается, то возникает меньше обратнорассеянных электронов и их потери энергии – выше