میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM ابزاری بسیار قدرتمند برای علم مواد است. در میکروسکپ الکترونی عبوری TEM یک پرتوی الکترون پرانرژی به یک نمونه بسیار نازک تابیده می شود و از فعل و انفعالات بین الکترون ها و اتم ها برای مشاهده ویژگی هایی مانند ساختار بلوری، آنالیز شیمیایی و ویژگی های موجود در ساختار مانند نابجایی ها و مرز دانه ها استفاده می شود. از میکروسکوپ الکترونی TEM می توان برای بررسی رشد لایه ها ، ترکیب آن ها و نقص در نیمه رساناها استفاده کرد.

با استفاده از میکروسکپ الکترونی TEM با رزولوشن بالا می توان برای آنالیز کیفیت، شکل، اندازه، دانسیته، سیم ها و نقاط استفاده کرد. میکروسکوپ TEM با همان اصول اساسی میکروسکوپ نوری کار می کند اما به جای نور از الکترون استفاده می کند. از آنجا که طول موج الکترون ها بسیار کوچکتر از نور است ، با استفاده از میکروسکپ TEM می توان به تصاویری با بزرگنمایی و رزولوشن بیشتر نسبت به میکروسکوپ نوری دست یافت. بنابراین، میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM می تواند بهترین جزئیات ساختار داخلی را نشان دهد.

اجزای یک میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

• منبع الکترون میکروسکپ الکترونی عبوری TEM

منبع الکترون میکروسکوپ الکترونی TEM از کاتد و آند تشکیل شده است. کاتد یک رشته تنگستن است که هنگام گرم شدن الکترون منتشر می کند. یک کلاهک منفی الکترون ها را به یک پرتو متمرکز آزاد محدود می کند. سپس پرتو توسط آند مثبت به سمت نمونه شتاب می گیرد. الکترون های حاشیه پرتو به آند سقوط می کنند در حالی که بقیه در مرکز از سوراخ کوچک آند عبور می کنند. منبع الکترون میکروسکپ الکترونی TEM مانند یک لوله اشعه کاتد کار می کند.

• سیستم لنزهای الکترومغناطیسی میکروسکوپ TEM

پس از خروج از الکترون منبع، پرتو الکترون با استفاده از لنزهای الکترومغناطیسی و دیافراگم های فلزی میکروسکپ TEM کاملاً متمرکز می شود. این سیستم فقط اجازه می دهد تا الکترون ها در یک محدوده انرژی کوچک عبور کنند ، بنابراین الکترون های موجود در پرتو الکترون دارای انرژی کاملاً مشخص هستند.

1. لنز مغناطیسی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM: آهنرباهای الکتریکی دایره ای قادر به تولید یک میدان مغناطیسی دایره ای دقیق هستند. این میدان مانند یک لنز نوری عمل می کند تا الکترون ها را متمرکز کند.
2. دیافراگم میکروسکپ الکترونی عبوری TEM: دیسک نازکی با یک سوراخ دایره ای کوچک (2-100 میکرومتر). این قسمت برای محدود کردن پرتوی الکترون و فیلتر کردن الکترون های ناخواسته قبل از برخورد با نمونه استفاده می شود.

• نگهدارنده نمونه میکروسکپ الکترونی عبوری TEM

نگهدارنده نمونه پلتفرمی است که برای نگهداری نمونه و کنترل موقعیت آن به بازوی مکانیکی مجهز شده است.

تصویربرداری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM

پرتوی الکترون از تفنگ الکترونی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM با استفاده از لنز کندانسور به صورت یک پرتو کوچک، نازک و منسجم متمرکز می شود. این پرتو توسط دیافراگم کندانسور ، که الکترون های با زاویه بالا را از بین می برد ، محدود می شود. سپس پرتو به نمونه برخورد می کند و قسمت هایی از آن بسته به ضخامت و شفافیت الکترون نمونه انتقال می یابد. این قسمت منتقل شده توسط لنز شیئی به صورت یک تصویر روی صفحه فسفر یا دوربین (charge coupled device (CCD متمرکز می شود. از دیافراگم های شیئی اختیاری می توان برای افزایش کنتراست با مسدود کردن الکترون های پراش زاویه بالا استفاده کرد. تصویر پس از عبور از ستون از لنزهای میانی و پروژکتور، بزرگتر می شود. تصویر به صفحه فسفر برخورد کرده و نور ایجاد می شود و به کاربر اجازه می دهد تصویر را ببیند. نواحی تاریک تصویر ، مناطقی از نمونه را نشان می دهد که الکترون کمتری از طریق آن منتقل می شود در حالی که نواحی روشن تر تصویر ، مناطقی از نمونه را نشان می دهد که الکترون بیشتری از طریق آن منتقل می شود.

تفرق پرتوی الکترونی در میکروسکپ الکترونی عبوری TEM

هنگامی که پرتو الکترونی در میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM از نمونه عبور می کند، توسط پتانسیل الکترواستاتیک عناصر سازنده نمونه، پراکنده می شود. این پرتو، پس از عبور از نمونه، از لنز شیئی الکترومغناطیسی عبور می کند و تمام الکترون های پراکنده از یک نقطه نمونه را به یک نقطه در صفحه تصویر متمرکز می کند. همچنین، با توجه به شکل زیر، یک خط نقطه چین وجود دارد که الکترون های پراکنده توسط نمونه، در همان جهت در یک نقطه واحد جمع می شوند. این صفحه کانونی پشت عدسی شیئی قرار دارد و در آنجا الگوی پراش ایجاد می شود.

آماده سازی نمونه در میکروسکوپ الکترونی TEM

نمونه در میکروسکپ الکترونی TEM باید به اندازه کافی نازک باشد تا بتواند الکترون های کافی را برای تشکیل یک تصویر با حداقل اتلاف انرژی منتقل کند. بنابراین تهیه نمونه از مراحل مهم آنالیز توسط نمونه در میکروسکوپ TEM است.

ویدئو زیر اجزا و نحوه کارکرد یک میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM را نشان می دهد.