Elektronový mikroskop

Zobrazovací systém – SEM

Osvětlovací systém má za úkol soustředit urychlené elektrony do minimálního průměru křižiště. Zobrazovací systém formuje svazek s požadovanými parametry (úhlová apertura, průměr křižiště, proudová hustota) a zajišťuje osvícení povrchu preparátu rastrovacím způsobem.

Vychylovací cívky

Svazek primárních elektronů je vychylován ve dvou na sebe kolmých osách.Pro vychylování primárního svazku elektronů se používá pro každý směr dvojice cívek, tím se snižují optické vady zobrazení. Skenování po povrchu preparátu se děje po řádcích, které jsou tvořeny napájením vychylovacích cívek ze zdroje pilového napětí. Frekvence pilového napětí v řádkovém kmitočtu je vyšší než frekvence snímkového kmitočtu. Signál budící vychylovací cívky také synchronizuje tvorbu obrazu ve zobrazovací jednotce obrazovka, monitor).

Objektiv

Objektiv je nejdůležitější částí zobrazovací soustavy SEM, na jeho vlastnostech závisí dosažitelná rozlišovací schopnost. Omezení rozlišovací schopnosti je dáno především velikostí sférické vady, která určuje minimální průměr křižiště. Sférická vada, klesá se zmenšující ohniskovou vzdáleností objektivové čočky a maximální úhlovou aperturou objektivu danou průměrem objektivové clony (obrázek – levý diagram zobrazuje průměr křižiště, pravý jej zanedbává).

Paprskový diagram objektivu:

Změnou průměru objektivové clony se mění proudová hustota, proto obvykle SEM pracují pouze s jednou velikostí průměru clony určenou výrobcem (30m pro JEOL JSM–7401F, k seřizovacím účelům je možno použít clony 50, 70, 110, 1000 µm).

Detektor

Pro detekci elektronů je nejčastěji používáno scintilačních počítačů s fotonásobičem označovaných jako ET podle Everharta a Thornleye, kteří je zkonstruovali. Detektor se skládá ze scintilačního krystalu nebo fluorescenční látky, jež vytvářejí dopadem elektronů fotony viditelného světla. Takto vzniklé fotony jsou vedeny světlovodem na fotokatodu, z které jsou vnějším fotoelektrickým jevem uvolňovány elektrony. Elektrony jsou urychlovány k elektrodě – dynodě, na níž je kladný potenciál. Dopadem elektronů na dynodu jsou vyráženy sekundární elektrony, které postupují k další dynodě, jež má vyšší potenciál. Z poslední elektrody – anody je přes oddělovací kondenzátor odebírán detekovaný proud.

Princip scintilačního počítače

s fotonásobičem:

Jako scintilátory jsou nejpoužívanější monokrystaly na bázi ytrium-hliník-granátu, jehož zástupcem je YAG s maximální vlnovou délkou emisního světla 550 nm nebo krystaly na bázi ytrium-křemík-kyslíku s maximální vlnovou délkou 415 nm.

V ET detektorech se používá mřížky kolektoru, kterou lze vybírat nastavením přiloženého napětí vůči preparátu detekci sekundárních nebo zpětně odražených elektronů. Pokud bude použito napětí -100 V, zamezí se přístupu sekundárních elektronů. Při kladném napětí budou sekundární elektrony naopak přitahovány, ale s nimi i část odražených elektronů.

Na přírubě scintilátoru je aplikováno kladné napětí 10 kV, protože sekundární elektrony vyvolají záblesky, když mají přibližně tuto energii. Povrch scintilátoru je potažen tenkou vrstvičkou hliníku (1 µm), na kterou je přivedeno uvedené napětí a která zároveň funguje jako zrcadlo pro fotony směrované do scintilátoru. Na obrázku je vyfocen popsaným způsobem pracující ET detektor v elektronovém mikroskopu JEOL JDM–6300.

ET detektor:

Pro detekci RTG záření jsou používány počítače plněné plynem. Jde o dutý kovový válec se dvěma okénky v plášti, kudy vnikají a vychází fotony RTG záření. V ose válce je natažen mezi dvěma izolátory tenký drátek, na který je přivedeno kladné stejnosměrné napětí (1000 – 2000 V) a záporný pól je spojen s pláštěm válce. Vniknutím RTG záření do počítače vznikají elektrony a kladné ionty, které jsou přitahovány k příslušným elektrodám. Na tenký drátek jsou přitahovány elektrody, jež jsou odvedeny k dalšímu zpracování přes vazební kondenzátor.

Počítač plněný plynem:

Dalším zástupcem detektorů RTG záření jsou polovodičové detektory,které pracují na principu fotoefektu. RTG fotony vytvoří v polovodiči páry elektron-díra, jejichž množství je úměrné energii RTG záření. Jako základní materiál polovodičových detektorů je používáno velmi čistých krystalů křemíku a germania. I nejčistší polovodičové krystaly obsahují atomy bóru vytvářející polovodič typu P, který způsobuje šum. Negativní vliv bóru se odstraňuje difundováním stejné koncentrace atomů lithia pomocí elektrického napětí zapojeného v závěrném směru, tím vznikne čistý polovodič (intristický).

Řez krystalem polovodiče kompenzovaného lithiem:

Zbylá tenká vrstva polovodiče P je pro detekci neúčinná a nazývá se mrtvá vrstva. Tento detektor je označován jako detektor typu PIN a pracuje ve funkci fotorezistoru.