Le principe et la structure du microscope électronique à balayage
Microscope électronique à balayage, le nom complet du microscope électronique à balayage, l'anglais est microscope électronique à balayage (SEM), est un instrument optique électronique utilisé pour observer la structure de surface des objets.
1. Le principe du microscope électronique à balayage
La fabrication des microscopes électroniques à balayage est basée sur l'interaction des électrons avec la matière. Lorsqu'un faisceau d'électrons humains à haute énergie bombarde la surface d'un matériau, la région d'excitation produit des électrons secondaires, des électrons Auger, des rayons X caractéristiques et des rayons X continus, des électrons rétrodiffusés, des électrons de transmission et un rayonnement électromagnétique dans le visible, l'ultraviolet. , et les régions infrarouges. . Dans le même temps, des paires électron-trou, des vibrations de réseau (phonons) et des oscillations électroniques (plasmons) peuvent également être générées. Par exemple, la collection d'électrons secondaires et d'électrons rétrodiffusés permet d'obtenir des informations sur la morphologie microscopique du matériau ; la collecte de rayons X permet d'obtenir des informations sur la composition chimique du matériau. Les microscopes électroniques à balayage fonctionnent en balayant un échantillon avec un faisceau d'électrons extrêmement fin, excitant des électrons secondaires à la surface de l'échantillon. Les électrons de premier ordre sont collectés par le détecteur, convertis en signaux optiques par le scintillateur, puis convertis en signaux électriques par des tubes photomultiplicateurs et des amplificateurs, qui contrôlent l'intensité du faisceau d'électrons sur l'écran au phosphore et affichent l'image numérisée. en synchronisation avec le faisceau d'électrons. Les images sont des images tridimensionnelles qui reflètent la structure de surface de l'échantillon.
2. La structure du microscope électronique à balayage
(1) Barillet d'objectif
Le barillet de l'objectif comprend le canon à électrons, l'objectif du condenseur, l'objectif et le système de balayage. Son rôle est de générer un faisceau d'électrons extrêmement fin (de l'ordre de quelques nanomètres de diamètre) qui balaye la surface de l'échantillon tout en excitant différents signaux.
(2) Système d'acquisition et de traitement de signaux électroniques
Dans la chambre d'échantillonnage, le faisceau d'électrons à balayage interagit avec l'échantillon pour générer une variété de signaux, notamment des électrons secondaires, des électrons rétrodiffusés, des rayons X, des électrons absorbés, des électrons russes (Auger), etc. Parmi les signaux mentionnés ci-dessus, les plus importants sont les électrons secondaires, qui sont des électrons externes excités par des électrons incidents dans les atomes de l'échantillon, et sont générés dans la région de plusieurs nanomètres à des dizaines de nanomètres sous la surface de l'échantillon. Le taux de génération est principalement déterminé par la morphologie et la composition de l'échantillon. L'image au microscope électronique à balayage fait généralement référence à l'image électronique secondaire, qui est le signal électronique le plus utile pour étudier la topographie de surface de l'échantillon. La sonde du détecteur qui détecte les électrons secondaires est le scintillateur. Lorsque les électrons frappent le scintillateur, de la lumière est générée dans le scintillateur. Cette lumière est transmise à travers le conduit de lumière au tube photomultiplicateur, qui convertit le signal lumineux en un signal de courant, qui est ensuite passé à travers la préamplification et l'amplification vidéo convertissent le signal de courant en un signal de tension, qui est finalement envoyé à la grille du tube image.
(3) Système d'affichage et d'enregistrement de signal électronique
Les images au microscope électronique à balayage sont affichées sur un tube à rayons cathodiques (tube image) et enregistrées par une caméra. Il existe deux types de tubes cathodiques, l'un est utilisé pour l'observation et a une résolution inférieure et est un long tube à rémanence ; l'autre est utilisé pour l'enregistrement photographique et a une résolution plus élevée et est un tube à rémanence court.
(4) Système de vide et système d'alimentation
Le système de vide du microscope électronique à balayage se compose d'une pompe mécanique et d'une pompe à diffusion d'huile. Le système d'alimentation fournit la puissance spécifique requise par chaque composant.
3. Le but du microscope électronique à balayage
La fonction la plus fondamentale des microscopes électroniques à balayage est d'observer les surfaces de divers échantillons solides à haute résolution. Les images à grande profondeur de champ sont une caractéristique des observations au microscope électronique à balayage, telles que : biologie, botanique, géologie, métallurgie, etc. Les observations peuvent être des surfaces d'échantillons, des surfaces coupées ou des coupes transversales. Les métallurgistes sont heureux de voir directement des surfaces vierges ou usées. Étudiez facilement les surfaces d'oxyde, la croissance cristalline ou les défauts de corrosion. D'une part, il peut examiner plus directement la structure fine du papier, des textiles, du bois naturel ou transformé, et les biologistes peuvent l'utiliser pour étudier la structure de petits échantillons fragiles. Par exemple : particules de pollen, diatomées et insectes. D'autre part, il peut prendre des photos tridimensionnelles correspondant à la surface de l'échantillon. La microscopie électronique à balayage a un large éventail d'applications dans l'étude des matériaux solides et est comparable à d'autres instruments. Pour une caractérisation complète des matériaux solides, la microscopie électronique à balayage.
