투과 전자 현미경의 이미징 원리 소개
투과 전자 현미경의 구조는 두 부분으로 구성됩니다. 주요 부분은 조명 시스템, 이미징 시스템 및 관찰 스튜디오입니다. 보조 부품은 진공 시스템과 전기 시스템입니다.
1. 조명 시스템
시스템은 전자총과 콘덴서의 두 부분으로 나뉩니다. 전자총은 필라멘트(음극), 그리드 및 양극으로 구성됩니다. 가열 필라멘트는 전자 빔을 방출합니다. 양극에 전압이 가해지면 전자가 가속됩니다. 양극과 음극 사이의 전위차는 총 가속 전압입니다. 에너지를 가진 가속된 전자는 양극판의 구멍에서 방출됩니다. 방출된 전자빔의 에너지는 가속전압과 관련이 있으며 그리드는 전자빔의 형태를 제어하는 역할을 한다. 전자빔은 특정 발산각을 가지고 있습니다. 콘덴서 렌즈를 조정한 후 발산각이 작거나 0인 평행 전자빔을 볼 수 있습니다. 전자빔의 전류밀도(빔전류)는 집광렌즈의 전류를 조절함으로써 조절될 수 있다.
조명이 필요한 샘플 영역의 크기는 배율과 관련이 있습니다. 배율이 높을수록 조명 영역이 작아집니다. 따라서 시료를 조사하려면 더 미세한 전자빔이 필요합니다. 전자총에서 직접 방출되는 전자빔의 빔 스폿 크기는 더 크고 간섭성(coherence)도 불량하다. 이러한 전자를 보다 효과적으로 활용하고 다른 배율에서 투과형 전자 현미경의 요구를 충족시키기 위해 고휘도 및 우수한 간섭성을 갖는 조명 전자빔을 얻기 위해서는 전자총에서 방출되는 전자빔이 다른 빔 스폿을 제공하도록 추가로 수렴되어야 합니다. 크기. , 대략 평행한 조명 빔. 이 작업은 일반적으로 콘덴서라고 하는 두 개의 전자기 렌즈로 수행됩니다. 그림에서 C1과 C2는 각각 첫 번째 콘덴서와 두 번째 콘덴서를 나타냅니다. C1은 일반적으로 동일하게 유지되며 그 역할은 전자총의 교차점을 설정하여 이미지 크기를 10배 이상 줄이는 것입니다. 또한 조명 시스템에 빔 틸트 장치가 설치되어 전자 빔을 2도에서 3도 범위로 쉽게 기울여 다양한 틸트 각도에서 샘플을 조명할 수 있습니다.
2. 이미징 시스템
시스템은 시료 챔버, 대물 렌즈, 중간 거울, 콘트라스트 조리개, 회절 조리개, 투영 렌즈 등과 같은 전자 광학 요소를 포함합니다. 시료 챔버에는 빈번한 시료 교체 중에 본체의 진공이 손상되지 않도록 보장하는 메커니즘이 있습니다. . 관찰할 위치를 찾기 위해 샘플을 X 및 Y 방향으로 이동할 수 있습니다. 수렴 렌즈에서 얻은 평행 전자빔은 시료를 조사하고 시료를 통과한 후 시료의 특성을 반영한 정보를 전달합니다. 대물렌즈와 콘트라스트 조리개의 작용으로 전자상이 형성되고 중간거울과 투사렌즈에 의해 확대된다. 최종 전자 이미지는 형광 스크린에서 얻습니다.
조명 시스템은 시료를 통과한 후 시료의 구조적 정보를 전달하고 다른 방향으로 전파하는 간섭성 조명 전자빔을 제공합니다(예: 브래그 방정식을 충족하는 결정면 그룹이 있는 경우 입사빔 회절빔과 교차하는 방향). 목표는 동일한 전파 방향으로 샘플의 다른 부분에서 나옵니다. 전자는 후면 초점면의 단일 지점으로 수렴되고 다른 방향으로 이동하는 전자는 그에 따라 다른 지점을 형성합니다. 산란각이 0인 직접 빔은 대물렌즈의 초점에서 수렴하여 중심점을 형성합니다. 이러한 방식으로 대물렌즈의 후면 초점면에 회절 패턴이 형성됩니다. 대물렌즈의 이미지 평면에서 이러한 전자빔은 일관된 이미징을 위해 재결합됩니다. 중간렌즈의 렌즈전류를 조절함으로써 중간렌즈의 물체면과 대물렌즈의 후방초점면이 일치하여 형광체 스크린에 표시될 수 있습니다. 이와 같이 얻어진 회절패턴은 중간렌즈의 물체면이 대물렌즈의 상면과 일치하도록 하여 현미경상을 얻을 수 있다. 두 개의 중간 미러의 협력을 통해 더 넓은 범위 내에서 카메라의 길이와 배율을 조정할 수 있습니다.
3. 전망대
전자 이미지는 형광 스크린에 반사됩니다. 형광등은 전자빔 전류에 비례합니다. 형광성 스크린 대신 전자 건조판을 사용하여 사진을 찍습니다. 건조판의 감광성 능력은 파장과 관련이 있습니다.
4. 진공 시스템
진공 시스템은 기계식 펌프, 오일 확산 펌프, 이온 펌프, 진공 측정기 및 진공 파이프라인으로 구성됩니다. 그 기능은 렌즈 배럴의 가스를 제거하여 렌즈 배럴의 진공도가 10-5 Torr 이상에 도달해야 하고 최고의 진공도가 10-9-10-10 Torr에 도달할 수 있도록 하는 것입니다. 진공이 낮으면 전자와 기체 분자 간의 충돌로 인해 산란이 발생하고 대비에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 전자 그리드와 양극 사이에 고전압 이온화를 일으켜 전극간 방전을 일으킵니다. 잔류 가스는 또한 필라멘트를 부식시키고 샘플을 오염시킬 수 있습니다.
5. 전원 제어 시스템
가속 전압 및 렌즈 자기 전류의 불안정성은 심각한 색수차를 유발하고 전자 현미경의 해상도를 감소시킬 수 있습니다. 따라서 가속전압과 렌즈전류의 안정성은 전자현미경의 성능을 측정하는 중요한 기준이 된다. TEM 회로는 주로 고전압 DC 전원 공급 장치, 렌즈 여기 전원 공급 장치, 편향 코일 전원 공급 장치, 전자총 필라멘트 가열 전원 공급 장치, 진공 시스템 제어 회로, 진공 펌프 전원 공급 장치, 카메라 구동 장치 및 자동 노출과 같은 부품으로 구성됩니다. 회로.
또한 많은 고성능 전자 현미경에는 스캐닝 액세서리, 에너지 분광법, 전자 에너지 손실 분광법이 장착되어 있습니다.
