Introduction au principe de composition du microscope électronique
Un microscope électronique se compose d'un barillet d'objectif, d'un système de vide et d'une armoire d'alimentation. Le barillet d'objectif se compose principalement d'un canon à électrons, d'une lentille électronique, d'un porte-échantillon, d'un écran fluorescent et d'un mécanisme de caméra, qui sont généralement assemblés en colonne de haut en bas ; Le système de vide se compose d'une pompe à vide mécanique, d'une pompe de diffusion et d'une vanne à vide, et est relié au barillet de l'objectif via une canalisation d'extraction d'air ; L'armoire de puissance est composée d'un générateur haute tension, d'un stabilisateur de courant d'excitation et de diverses unités de commande de réglage.
La lentille électronique est la partie la plus importante du barillet d’objectif du microscope électronique. Il utilise un champ électrique spatial ou un champ magnétique symétrique à l'axe du barillet de l'objectif pour plier la trajectoire des électrons vers l'axe afin de former une focalisation, qui est similaire à celle de la lentille convexe en verre pour focaliser le faisceau lumineux, c'est pourquoi on l'appelle le lentille électronique. La plupart des microscopes électroniques modernes utilisent des lentilles électromagnétiques et le puissant champ magnétique généré par un courant d'excitation CC très stable traversant une bobine avec des chaussures polaires concentre les électrons.
Un canon à électrons est un composant constitué d'une cathode chaude à filament de tungstène, d'une grille et d'une cathode. Il peut émettre et former un faisceau d'électrons avec une vitesse uniforme, de sorte que la stabilité de la tension accélératrice ne doit pas être inférieure à un dix millième.
Le microscope électronique peut être divisé en microscope électronique à transmission, microscope électronique à balayage, microscope électronique à réflexion et microscope électronique à émission selon la structure et l'utilisation. Le microscope électronique à transmission (TEM) est souvent utilisé pour observer la structure fine d'un matériau qui ne peut pas être distinguée par un microscope ordinaire. Le microscope électronique à balayage (MEB) est principalement utilisé pour observer la morphologie de la surface solide et peut également être combiné avec un diffractomètre à rayons X ou un spectromètre d'énergie électronique. Le microélectronique est formé par la diffusion d’un faisceau d’électrons par les atomes de l’échantillon. Dans la partie mince ou de faible densité de l'échantillon, le faisceau d'électrons se diffuse moins, donc davantage d'électrons traversent le diaphragme de l'objectif et participent à l'imagerie, ce qui les rend plus brillants sur l'image. Au contraire, la partie la plus épaisse ou la plus dense de l’échantillon apparaît plus sombre sur l’image. Si l’échantillon est trop épais ou trop dense, le contraste de l’image va se détériorer et même être endommagé ou détruit en absorbant l’énergie du faisceau électronique.
Le dessus du barillet d’objectif du microscope électronique à transmission est un canon à électrons. Les électrons sont émis par la cathode chaude du filament de tungstène et focalisés par les première et seconde lentilles de condenseur. Une fois que le faisceau d'électrons a traversé l'échantillon, il est imagé sur le miroir intermédiaire par la lentille d'objectif, puis amplifié étape par étape par le miroir intermédiaire et le miroir de projection, et imagé sur l'écran fluorescent ou la plaque photographique.
Le grossissement du miroir intermédiaire peut être modifié en continu de plusieurs dizaines de fois à plusieurs centaines de milliers de fois en ajustant le courant d'excitation. En modifiant la distance focale du miroir intermédiaire, l'image au microscope électronique et l'image par diffraction électronique peuvent être obtenues sur la plus petite partie du même échantillon. Afin d'étudier les échantillons de tranches de métal épaisses, un microscope électronique à ultra haute tension avec une tension accélératrice de 3 500 kV a été développé par le Laboratoire d'Optique Electronique de Dulos, en France.
Le faisceau électronique du microscope électronique à balayage ne traverse pas l'échantillon, mais balaie uniquement la surface de l'échantillon pour exciter les électrons secondaires. Le cristal de scintillation placé à côté de l'échantillon reçoit ces électrons secondaires et module l'intensité du faisceau d'électrons du tube-image après amplification, modifiant ainsi la luminosité de l'écran du tube-image. La bobine de déviation du tube image maintient un balayage synchrone avec le faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon, de sorte que l'écran fluorescent du tube image affiche l'image morphologique de la surface de l'échantillon, ce qui est similaire au principe de fonctionnement des téléviseurs industriels.
La résolution du microscope électronique à balayage dépend principalement du diamètre du faisceau électronique sur la surface de l'échantillon. Le grossissement est le rapport entre l'amplitude de balayage sur le tube image et l'amplitude de balayage sur l'échantillon, qui peut être modifié en continu de dizaines à des centaines de milliers de fois. Le microscope électronique à balayage n'a pas besoin d'échantillons très fins ; L'image a un fort sens tridimensionnel ; La composition de la substance peut être analysée en utilisant les informations sur les électrons secondaires, les électrons absorbés et les rayons X générés par l'interaction entre le faisceau d'électrons et la substance.
Le canon électronique et le condenseur du microscope électronique à balayage sont presque les mêmes que ceux du microscope électronique à transmission, mais afin de rendre le faisceau électronique plus fin, une lentille d'objectif et un diffuseur astigmatique sont ajoutés sous le condenseur, et deux ensembles de balayage des bobines perpendiculaires les unes aux autres sont également installées dans l'objectif. Une table d'échantillons qui peut se déplacer, tourner et s'incliner est installée dans la chambre d'échantillon sous l'objectif.
