2. Електронно-оптичні методи дослідження матеріалів

Історично першим був виготовлений просвічуючий електронний мікроскоп (ПЕМ), в якому електрони, після проходження через об'єкт, потрапляють на електронну лінзу, яка формує збільшене зображення об'єкту. Оптична схема ПЕМ повністю еквівалентна відповідній схемі оптичного мікроскопа, в якому світловий промінь замінюється електронним променем, а оптичні лінзи або системи лінз замінюються електронними лінзами або системами електронних лінз. Перевагою ПЕМ є велика роздільна здатність. Основний недолік зв'язаний з тим, що об'єкт дослідження повинен бути дуже тонким (зазвичай тонше, ніж 0.1 мкм). Крім того, в ПЕМ використовують електрони більшої енергії. Залежно від досліджуваного матеріалу електрони прискорюють до кінетичної енергії в діапазоні від декількох кеВ до декількох МеВ. Це приводить до нагріву зразка аж до руйнування і випаровування.

Більш простим і універсальним для практичного застосування є скануючий і растровий електронний мікроскоп. РЕМ призначений для дослідження масивних об'єктів з порогом, істотно більш низьким, ніж у ПЕМ, - від 50 до 200 А. В растровому електронному мікроскопі добре сфокусований електронний пучок (зонд) розгортають за допомогою магнітної або електростатичної відхиляючої системи за заданою площею на об'єкті дослідження. При взаємодії електронного пучка з об'єктом виникає декілька видів випромінювань – вторинні і відображені електрони; електрони, що пройшли через об'єкт (якщо він тонкий); рентгенівське випромінювання. Будь-яке з цих випромінювань може реєструватися відповідним детектором, що перетворює випромінювання в електричні сигнали, які після посилення модулюють пучок електронно-променевої трубки (ЕПТ). Розгортка пучка ЕПТ проводиться синхронно з розгорткою електронного зонда в РЕМ. Зображення об'єкту у відповідному випромінюванні спостерігається на екрані ЕПТ. Збільшення мікроскопа визначається відношенням розмірів областей сканування в РЕМ і ЕПТ.

Різноманіття областей застосування РЕМ пов'язано з різними механізмами взаємодії електронів з кристалічними твердими тілами.

Можливості РЕМ для вивчення рельєфу поверхні об'єкту ілюструє рис. 5. Реєстрована детектором інтенсивність потоку розсіяних електронів залежить від того, в яке місце по відношенню до нерівностей поверхні зразка падає пучок в процесі сканування.

Окрім розглянутого вище топографічного контрасту, в РЕМ часто спостерігають контраст складу. Цей контраст зв'язаний з тим, що коефіцієнт вторинної електронної емісії (відношення числа вибитих електронів до числа падаючих) залежить від атомного номера елемента і, отже, від хімічного складу зразка в даній точці.

Разом з топографічним контрастом і контрастом складу в РЕМ використовують також і інші: кристалічний і магнітний. Методи створення дифракційних картин в РЕМ достатньо прості і дають обширну інформацію про кристалічну будову і досконалість зразків. При дослідженні в растровому електронному мікроскопі магнітних зразків для доменів з різним намагніченням спостерігається контраст, обумовлений тим, що магнітні поля доменів в значній мірі впливають на траєкторії руху вторинних електронів.