Зміст
Введення
1 Електронно-мікроскопічний методдослідження
2 Фізичні основи растровоїелектронної мікроскопії
2.1 Різновиди растровогоелектронного мікроскопа
3 Схема растрового електронногомікроскопа, призначення його вузлів і їх функціонування
4 Підготовка об'єктів длядосліджень та особливі вимоги до них
5 Технічні можливості растровогоелектронного мікроскопа
6 Сучасні види РЕМ
Висновок
Список літератури
Введення
Швидкий розвиток методівдослідження та аналізу, заснованих на використанні електронно-зондового ірізних сигналів, випромінюваних речовиною при взаємодії з електронамизонда, призвело до того, що техніка, яка ще зовсім недавно була привілеємокремих лабораторій, стала загальнодоступною.
Таке розширення роботи вцьому напрямку було частково обумовлено досягненнями в растрової електронноїмікроскопії та створенням різних приставок для хімічного рентгенівськогоаналізу за допомогою твердотілих детекторів з енергетичної дисперсією. ВНині багато дослідників розташовують потужними технічнимизасобами, але не мають відповідної підготовки для роботи з ними. Оскількиці методи дослідження та аналізу, застосування яких значно полегшилосязавдяки технічному прогресу і взаєморозуміння, досягнутому міжконструкторами, засновані на використанні фізичних процесів, то закони їхповинні бути пізнані, щоб отримувати корисні та важливі результати.
Якщо технічний прогресдозволив швидко створити необхідне обладнання, то виникла природнанеобхідність знайти правильний підхід до докладної характеристиці матеріалів,грунтуючись на нових можливостях методу. Стає все більш очевидним, щодля характеристики матеріалу недостатньо тільки хімічного тагранулометричного аналізу. Характеристика вимагає якісного ікількісного опису деякого числа властивостей, особливо на мікрорівні (аботочніше на декількох мікрорівнях), відповідно, зрозуміло, з макроскопічнимихарактеристиками, такими як хімічний склад і передісторія (термічна абомеханічна) зразка незалежно від природи матеріалу (металу, кераміки,мінералу або напівпровідника).
1 Електронно-мікроскопічнийметод дослідження
Електронно-мікроскопічнийметод дослідження отримав широке поширення в різних галузях науки ітехніки. Електронний мікроскоп завдяки високій роздільній здатності (більшніж на два порядки вище в порівнянні зі світловим мікроскопом) дозволяє спостерігатитонкі особливості і деталі структури мікрооб'єктів на атомно-молекулярномурівні. Ці прилади за своїм призначенням поділяються на просвічують (ПЕМ) ірастрові (РЕМ) електронні мікроскопи. Перші дозволяють вивчати зразки впроходять, а другі - у вторинних або розсіяних об'єктом електронах.
Застосування просвітчастоїелектронної мікроскопії (ПЕМ) в мінералогії почалося з часу отриманнятіньових зображень тонкодисперсних частинок глинистих мінералів. Починаючи з 50-хроків стали з'являтися роботи, присвячені принципам дії, конструкції ітехнічним можливостям електронних мікроскопів [2]. Одночаснорозроблялися різні методи дослідження в електронному мікроскопі. ВНині в комплекс електронно-мікроскопічних методів входять просвітчастаі растрова електронна мікроскопія, мікродифракції та електронно-зондовийаналіз. За допомогою цього комплексу методів вирішується широке коло питаньмінералогії. У нього входять дослідження тонкої мікроморфології мінеральнихіндивідів і агрегатів, визначення різних типів точкових дефектів ідислокацій, оцінка ступеня неоднорідності мінералів, виявлення морфологічнихі структурних співвідношень між різними фазами, пряме вивченняперіодичності та дефектів кристалічних граток мінералів та ін
Растровий електронниймікроскоп і рентгенівський мікроаналізатор це два прилади з великимиможливостями, що дозволяють на такому рівні спостерігати і вивчати неоднорідніорганічні і неорганічні матеріали і поверхні. В обох приладахдосліджувана область або аналізований мікрооб'ем опромінюються тонкосфокусованим електронним пучком, або нерухомим, або розгортаються врастр по поверхні зразка.
2 Фізичні основирастрової електронної мікроскопії
Принцип дії заснованийна використанні деяких ефектів, що виникають при опроміненні поверхніоб'єктів тонко сфокусованим пучком електронів - зондом. Як показано на рис.1. в результаті взаємодії електронів 1 із зразком (речовиною) 2генеруються різні сигнали. Основними з них є потік електронів:відображених 3, вторинних 4, Оже-електронів 5, поглинених 6, пройшли череззразок 7, а також випромінювань: катодолюмінесцентному 8 і рентгенівського 9.
Малюнок 1. - Ефекти взаємодії електронного променяз об'єктом
1 - електронний промінь; 2 -об'єкт; 3 - відбиті електрони; 4 - вторинні електрони; 5 - Оже-електрони; 6- Струм поглинених електронів; 7 - минулі електрони; 8 - катодолюмінесцентномувипромінювання; 9 - рентгенівське випромінювання
Для отримання зображенняповерхні зразка використовуються вторинні, відображені і поглинені електрони.Решта випромінювання застосовуються в РЕМ як додаткові джерела інформації.
Найважливішою характеристикоюбудь-якого мікроскопа є його роздільна здатність. Вона визначається:
- площею перетину абодіаметром зонда;
- контрастом, створюванимзразком і детекторної системою;
- областю генераціїсигналу у зразку.
Діаметр зонда в основномузалежить від конструктивних особливостей і якості вузлів мікроскопа і першвсього електронної оптики. У сучасних РЕМ досягнута висока досконалістькомпонентів конструкції, що дозволило зменшити діаметр зонда до 5 ... 10 нм.
Вплив контрасту нароздільну здатність проявляється в наступному. Формування контрасту в РЕМвизначається різницею детектіруемого сигналів від сусідніх ділянок зразка, ніжвона більше, тим вище контраст зображення. Контраст залежить від декількохфакторів: топографії поверхні, хімічного складу об'єкта, поверхневихлокальних магнітних і електричних полів, кристалографічної орієнтаціїелементів структури. Найважливішими з них є топографічний, залежний віднерівностей поверхні зразка, а також композиційний, залежний відхімічного складу. Рівень контрасту визначається також і ефективністюперетворення падаючого на детектор випромінювання, що створює сигнал на його виході.Якщо отримується в результаті контраст недостатній, то його можна підвищити, збільшившиток зонда. Однак великий потік електронів в силу особливостей електронноїоптики не може бути добре сфокусований, тобто діаметр зонда зросте і,відповідно, знизиться роздільна здатність.
Інший фактор,обмежує дозвіл, залежить від розмірів області генерації сигналу взразку. Схема генерації різних випромінювань при впливі електронного пучкана зразок представлена ​​на рис. 2. При проникненні первинних електронів взразок вони розсіюються в усіх напрямках, тому всередині зразкавідбувається розширення пучка електронів. Ділянка зразка, в якому первинніелектрони гальмуються до енергії Е = 0, має грушоподібну форму. Бічнерозширення електронного пучка в зразку в цьому випадку має величину від 1 до 2мкм, навіть коли зонд має діаметр 10 нм. Розбіжність електронів призводить дотого, що площа виходу на поверхню зразка електронів буде більше фокусаелектронного пучка. У зв'язку з цим процеси розсіювання електронів усередині зразкароблять великий вплив на роздільну здатність зображень, одержуваних увідображених, вторинних і поглинених електронах.
Малюнок 2 - Області сигналів і просторовийдозвіл при опроміненні поверхні об'єкта потоком електронів (зонд).
Області генерації: 1 -Оже-електронів, 2 - вторинних електронів, 3 - відбитих електронів, 4 - характеристичногорентгенівського випромінювання, 5 - гальмівного рентгенівського випромінювання, 6 -флуоресценції
Відбиті електрони. Вони утворюються при розсіюванніпервинних електронів на великі (до 90 o ) кути в результатіоднократного пружного розсіювання або в результаті багаторазового р...
