3. Электронные микроскопы.

Электронная микроско­пия— это совокупность методов исследовании наноразмерных структур с помощью электронных микроскопов.

Электронный микроскоп представляет собой электронный прибор для наблюдения и исследования многократно увеличенного изображения объекта, в котором используются пучки электронов (30 кэВ - 1000 кэВ).

В электронных микроскопах используют возможность облучения образца коаксиальным пучком электронов с помощью электро­магнитного поля, а также детекцию распределения электронной плотности в пучке после взаимодействия его с образцом. В 1928 году М. Кнолль и Е. Руска создали первый просвечивающий электрон­ный микроскоп.(Нобелевская премия по физике). Затем был построен растровый микроскоп, работа­ющий на принципе сканирования объекта.

Различные конструкции электронных микроскопов позволили развить новый эффективный метод исследования объектов — элек­тронную микроскопию.

Метод электронной микроскопии позволяет исследовать микро­структуру объектов, их локальный состав, а также локализацию электрических и магнитных микрополей на поверхностях или в микрообъемах. В настоящее время разработаны конструкции раз­личных электронных микроскопов. В основе их работы лежат как физическая основа корпускулярно-лучевых приборов, так и волно­вая природа электронов. В электронных микроскопах изображение нанообъектов формируется пучком электронов.

1. Просвечивающие электронные микроскопы.

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) являются универсальными приборами многоцелевого назначения. Просвечи­вающие электронные микроскопы используют волновые свойства движущихся электронов. Схема просвечивающего микроскопа при­ведена на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Схема просвечивающего электронного микроскопа.

Электронный пучок формируется электронной пушкой и конденсорными линзами с апертурой и фокусируется на исследуемом образце. Образец устанавливается на нанопозиционере, имеющем три сте­пени свободы. С помощью электромагнитной линзы объектива и линзы проектора электронное изображение фокусируется на люминесцент­ный экран. Электроны возбуждают экран и формируют увеличенное изображение исследуемого объекта, которое может регистрироваться телевизионной камерой и камерой на приборах с зарядовой связью.

При ускоряющем напряжении до 600 кВ можно получить разре­шение порядка ангстрема.

Просвечивающие электронные микроскопы используют для на­блюдения изображения объектов в светлом и темном полях, а также изучения структуры объектов методом электронографии. В ПЭМ ис­пользуются электроны энергией от 1 кэВ до 5 МэВ, позволяющие про­светить электронным пучком объекты толщиной до десятка наномет­ров. Поверхностная геометрическая структура в ПЭМ исследуется с помощью реплик. Этот метод вызывает определенные неудобства.

Разработаны конструкции сканирующего просвечивающего мик­роскопа, в котором исследуемый образец сканируется тонким элек­тронным лучом.

Исследования атомного строения вещества удобно проводить с помощью электронографов, которые реализованы по электронно­оптической схеме ПЭМ. Узкий электронный пучок в электронографе направляется на исследуемую наноструктуру. На люминес­центном экране создается дифракционное изображение — электронограмма. На основе измерения рефлексов от структуры исследуемого объекта проводятся вычисления и формируется пред­ставление об объекте.