Introduction aux principes d'imagerie de la microscopie électronique à transmission
La structure du microscope électronique à transmission se compose de deux parties : la partie principale est le système d'éclairage, le système d'imagerie et le studio d'observation ; la partie auxiliaire est le système de vide et le système électrique.
1. Système d'éclairage
Le système est divisé en deux parties : le canon à électrons et le condenseur. Un canon à électrons se compose d'un filament (cathode), d'une grille et d'une anode. Le filament chauffant émet un faisceau d'électrons. Lorsqu'une tension est appliquée à l'anode, les électrons sont accélérés. La différence de potentiel entre l'anode et la cathode est la tension d'accélération totale. Des électrons accélérés avec de l'énergie sont éjectés des trous de la plaque d'anode. L'énergie du faisceau d'électrons émis est liée à la tension d'accélération et la grille joue le rôle de contrôle de la forme du faisceau d'électrons. Le faisceau d'électrons a un certain angle de divergence. Après avoir ajusté la lentille du condenseur, un faisceau d'électrons parallèle avec un angle de divergence faible voire nul peut être observé. La densité de courant (courant de faisceau) du faisceau d'électrons peut être ajustée en ajustant le courant de la lentille de condenseur.
La taille de la zone de l'échantillon qui doit être éclairée est liée au grossissement. Plus le grossissement est élevé, plus la zone éclairée est petite. Par conséquent, un faisceau d'électrons plus fin est nécessaire pour irradier l'échantillon. La taille du spot du faisceau d'électrons directement émis par le canon à électrons est plus grande et la cohérence est également mauvaise. Afin d'utiliser ces électrons plus efficacement et d'obtenir des faisceaux d'électrons d'éclairage avec une luminosité élevée et une bonne cohérence pour répondre aux besoins des microscopes électroniques à transmission à différents grossissements, les faisceaux d'électrons émis par le canon à électrons doivent être davantage convergés pour fournir différents spots de faisceau. Taille. , faisceaux d'éclairage sensiblement parallèles. Cette tâche est généralement accomplie par deux lentilles électromagnétiques appelées condenseurs. Sur la figure, C1 et C2 représentent respectivement le premier condenseur et le deuxième condenseur. C1 reste généralement le même, et son rôle est de régler l'intersection des canons à électrons pour réduire la taille de l'image de plus d'un ordre de grandeur. De plus, un dispositif d'inclinaison du faisceau est installé dans le système d'éclairage, qui peut facilement incliner le faisceau d'électrons dans la plage de 2 degrés à 3 degrés pour éclairer l'échantillon à différents angles d'inclinaison.
2. Système d'imagerie
Le système comprend des éléments optiques électroniques tels qu'une chambre d'échantillon, une lentille d'objectif, un miroir intermédiaire, un diaphragme de contraste, un diaphragme de diffraction, une lentille de projection, etc. La chambre d'échantillon est dotée d'un mécanisme garantissant que le vide du corps principal n'est pas endommagé lors des changements fréquents d'échantillon. . L'échantillon peut être déplacé dans les directions X et Y afin de trouver la position à observer. Le faisceau d'électrons parallèles obtenu par la lentille convergente irradie l'échantillon et transporte des informations reflétant les caractéristiques de l'échantillon après avoir traversé l'échantillon. L'image électronique est formée sous l'action de l'objectif et du diaphragme de contraste, puis agrandie par le miroir intermédiaire et la lentille de projection. L'image électronique finale est obtenue sur un écran fluorescent.
Le système d'éclairage fournit un faisceau d'électrons d'éclairage cohérent, qui transporte les informations structurelles de l'échantillon après avoir traversé l'échantillon et se propage dans différentes directions (par exemple, lorsqu'il existe un groupe de faces cristallines satisfaisant l'équation de Bragg, 2 angles peuvent être générés dans la direction coupant le faisceau incident diffracté). Les objectifs proviendront de différentes parties de l'échantillon avec la même direction de propagation. Les électrons convergent en un seul point sur le plan focal arrière, et les électrons se déplaçant dans différentes directions forment des points différents en conséquence. Un faisceau direct d'angle de diffusion nul converge au point focal de l'objectif, formant une tache centrale. De cette manière, un motif de diffraction est formé sur le plan focal arrière de l'objectif. Sur le plan image de l'objectif, ces faisceaux d'électrons se recombinent pour une imagerie cohérente. En ajustant le courant de lentille de la lentille intermédiaire, le plan objet de la lentille intermédiaire et le plan focal arrière de la lentille objectif coïncident, ce qui peut être affiché sur l'écran fluorescent. Le diagramme de diffraction obtenu ci-dessus peut faire coïncider le plan objet de la lentille intermédiaire avec le plan image de la lentille objectif, obtenant ainsi une image microscopique. Grâce à la coopération des deux miroirs intermédiaires, la longueur et le grossissement de la caméra peuvent être ajustés dans une plage plus large.
3. Studio d'observation
L'image électronique est réfléchie sur l'écran fluorescent. La lumière fluorescente est proportionnelle au courant du faisceau d'électrons. Utilisez une plaque sèche électronique au lieu d'un écran fluorescent pour prendre des photos. La capacité photosensible de la plaque sèche est liée à sa longueur d'onde.
4. Système de vide
Le système de vide se compose d'une pompe mécanique, d'une pompe à diffusion d'huile, d'une pompe ionique, d'un instrument de mesure du vide et d'une conduite de vide. Sa fonction est d'éliminer le gaz dans le barillet de l'objectif, de sorte que le degré de vide du barillet de l'objectif doit atteindre au moins 10-5 Torr, et le meilleur degré de vide peut atteindre 10-9-10-10 Torr. Si le vide est faible, les collisions entre les électrons et les molécules de gaz peuvent provoquer une diffusion et affecter le contraste. Cela provoquera également une ionisation à haute tension entre la grille d'électrons et l'anode, provoquant une décharge inter-électrodes. Les gaz résiduels peuvent également corroder le filament et contaminer l'échantillon.
5. Système de contrôle de puissance
L'instabilité de la tension d'accélération et du courant magnétique de la lentille peut provoquer de graves aberrations chromatiques et réduire la résolution du microscope électronique. Par conséquent, la stabilité de la tension d'accélération et du courant de la lentille est un critère important pour mesurer les performances du microscope électronique. Le circuit TEM est principalement composé des éléments suivants : alimentation CC haute tension, alimentation d'excitation de l'objectif, alimentation de la bobine de déviation, alimentation électrique du chauffage du filament du canon à électrons, circuit de commande du système de vide, alimentation de la pompe à vide, dispositif d'entraînement de la caméra et exposition automatique. circuit.
De plus, de nombreux microscopes électroniques à haute performance sont équipés d'accessoires de balayage, de spectroscopie d'énergie, de spectroscopie de perte d'énergie électronique.
