1. Історія створення пем.
Створення просвічуючого електронного мікроскопа стало можливим завдяки завершенню ряду експериментальних та теоретичних досліджень у фізиці, а саме: відкриття Дж. Томсоном у 1897 р. явища відхилення електронного пучка магнітним та електричним полями; визначення заряду та маси електрона Міллікеном у 1913 р.; встановлення залежності маси електрона від його швидкості, що було отримано Кауфманом у 1901 р., Ейнштейном у 1905 р. та Лоренцом у 1916 р.; створення хвильової теорії матерії де Бройлем у 1924 р.; відкриття дифракції повільних (Девіссон і Джермер) та швидких (Томсон і Рейд) електронів у 1927 р.; створення магнітної лінзи Бушем у 1926 р.
Назвемо деякі важливі моменти у розвитку електронної мікроскопії: 1956 рік. Ментер публікує зображення, яке відповідає кристалографічним площинам фтальцианіду платини (1,2 нм); 1957 рік. Бассед та Ментер отримують зображення міжатомної відстані 0,693 нм у MoO3; 1961 рік. Хашімото спостерігає зображення атомів у плівці золота товщиною 19 нм при прискорюючій напрузі 100 кВ; 1962 рік. Доуелл отримав зображення міжатомних відстаней 0,32 нм; 1965-1966 роки. Співробітники фірми “Джепен електрооптик” на приладі JЕМ-7 отримали зображення з міжатомною відстанню 0,18 нм.
Зараз у світі до випуску мікроскопів або їх окремих вузлів причетні близько 90 фірм. Найбільш широко використовуються ПЕМ таких фірм: Джеол, Хітачі (Японія); Філіпс (Голландія); Темскан (США); АВТ і Лео (Евросоюз); Сіменс (Німеччина); Селмі (Україна); Тесла (Чехія).
2. Ідеальне або гаусівське зображення.
Рівняння руху
електрона під дією електричного (з
напруженістю
)
і магнітного полів має вигляд
де z
– зміщення електрона.
До розв’язку рівняння входить sinα (α − кут між миттєвим напрямком швидкості та оптичною віссю мікроскопа), який можна розкласти у ряд
Якщо кут α малий, то sin α ≈ α. Наближення, для якого виконується ця умова, отримало назву діоптрики Гаусса, а пучки, для яких вона виконується, – парааксіальних пучків.
У випадку парааксіальних пучків зображення, створене лінзою, точно і без дефектів відповідає об’єкту. Точки у площині зображення не розмиті. Зображення, сформоване парааксіальними пучками, отримало назву ідеального, або гаусівського.
3. Дифракційний принцип формування зображення.
Електрони, які розсіяні решіткою під різними кутами, дають дифракційні максимуми у точках 0, 1, -1, 2, -2 і т.д. на апертурній площині. Для точок 0, 1, -1 і т.д. кути розсіювання будуть визначатися за співвідношенням
,
де n
– порядок
відбиття;
–
довжина хвилі електрона.
Рисунок 3.4 – Хід променів при формуванні зображення гратки з періодом а: 1 - площина об’єкта; 2 - лінза; 3 – апертурна площина; 4 - площина зображення
4. Конструкція пем.
Рисунок 3.6 – Типова блок-схема електронного мікроскопу: 1 - масивна станина, 2 – колона, 3 - вакуумна система, 4 - джерело високої напруги, 5 - високостабільних джерел постійного струму, 6 - реєстрація зображення
Рисунок 3.7 – Схема електронно-променевої гармати: 1 - катод; 2 - циліндр Венельта; 3 - анод; 4 - пучок електронів; 5 - змінний резистор