Растровый электронный микроскоп (РЭМ)

Казахский Национальный  Университет  имени Аль-Фараби

Факультет химии и химической технологии

Кафедра коллоидной химии 
 
 

     Реферат

Тема: Растровый электронный микроскоп (РЭМ)

     

 

             Выполнила:  Маликова Динара

                                                                                          ОЗХТ 309 группа

                                                                   Проверила:  Есимова О. А.

           
 

                                               

                                             Алматы 2011 год 
 

Содержание

1. Электроный микроскоп

            1.1  Виды электронных микроскопов

            1.2 Сферы применения электронных микроскопов

3. Основные мировые производители электронных микроскопов

 

2. Растровый электронный микроскоп (РЭМ)

 

2.1  История

2. Принцип работы
1. Взаимодействие электронов с веществом

           2.3 Устройство

            2.4  Режимы работы

            2.5 Разрешение

            2.6 Подготовка объектов 

3.   Применение и основные мировые производители сканирующих электронных микроскопов

           Источники 

     Электронный микроскоп (ЭМ) — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 30÷200  кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.

1.1  Виды электронных микроскопов 

• Трансмиссионная микроскопия 
  Пучок электронов, пройдя через образец, фокусируется на экране или пластинке.

• Просвечивающий электронный микроскоп
• Растровый просвечивающий электронный микроскоп

• Сканирующая микроскопия 
  В основе лежит телевизионный принцип развертки тонкого пучка электронов по поверхности образца.

• Растровый электронный микроскоп
• Отражательный электронный микроскоп

 

3.   Сферы применения электронных микроскопов

 

 

 

 

• Научные исследования

• Квалификация материалов
• Подготовка материалов и образцов
• Создание нанопрототипов
• Нанометрология
• Тестирование и снятие характеристик устройств
• Исследования микроструктуры металлов

 

Промышленность:

• Создание изображений высокого разрешения
• Снятие микрохарактеристик 2D и 3D
• Макрообразцы для нанометрической метрологии
• Обнаружение и снятие параметров частиц
• Конструирование прямого пучка
• Эксперименты с динамическими материалами
• Подготовка образцов
• Судебная экспертиза
• Добыча и анализ полезных ископаемых
• Химия/Нефтехимия
3. Основные мировые производители электронных микроскопов

 

1. Carl Zeiss NTS GmbH — Германия
2. FEI Company — США (слилась с Philips Electron Optics)
3. FOCUS GmbH — Германия
4. Hitachi — Япония
5. JEOL — Япония (Japan Electron Optics Laboratory)
6. KYKY — Китай
7. Nion Company — США
8. NT-MDT  — Россия
9. Tescan — Чехия
10. ОАО «SELMI» — Украина

 
 

II. Растровый электронный микроскоп (РЭМ) 

     Растровый электронный микроскоп (РЭМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) — прибор класса электронный микроскоп, предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким (несколько нанометров) пространственным разрешением, также информации о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоёв. Основан на принципе взаимодействия электронного пучка с исследуемым веществом.

     Современный РЭМ позволяет  работать в широком  диапазоне увеличений приблизительно от 10 крат (то есть эквивалентно увеличению сильной ручной линзы) до

1 000 000 крат, что приблизительно  в 500 раз превышает  предел увеличения  лучших оптических микроскопов.

                    

     Сегодня возможности растровой  электронной микроскопии  используются практически во всех областях науки и промышленности, от биологии до наук о материалах. Существует огромное число выпускаемых десятками фирм разнообразных конструкций и типов РЭМ, оснащенных детекторами различных типов. 

 
 

                                  

2.1  История 

     История электронной микроскопии (в  частности, и РЭМ), началась с теоретических  работ немецкого  физика Ганса Буша о влиянии электромагнитного поля на траекторию заряженных частиц. В 1926 году он доказал, что такие поля могут быть использованы в качестве электромагнитных линз^[1], установив таким образом основополагающие принципы геометрической электронной оптики. В ответ на это открытие возникла идея электронного микроскопа и две команды — Макс Кнолл и Эрнст Руска из Берлинского технического университета и Эрнст Бруш из лаборатории EAG попробовали реализовать эту идею на практике. И в 1932 году Кнолл и Руска создали первый просвечивающий электронный микроскоп^[2].

     После перехода в немецкую радиокомпанию Telefunken, для проведения исследований телевизоров на катодных трубках, Макс Кнолл разработал анализатор электронной трубки или «анализатор электронного пучка», который моделировал все необходимые характеристики сканирующего электронного микроскопа: образец располагался с одной стороны отпаянной стеклянной трубки, а электронная пушка с другой. Электроны, ускоренные напряжением от 500 до 4000 вольт, фокусировались на поверхности образца, а система катушек обеспечивала их отклонение. Пучок сканировал поверхность образца со скоростью 50 изображений в секунду, а измерение тока, прошедшего через образец, позволяло восстановить изображение его поверхности. Первый прибор, использующий этот принцип, был создан в 1935 году^[3].

     В 1938 году немецкий специалист Манфред фон Арденне построил первый сканирующий электронный микроскоп^[4]. Но этот аппарат еще не был похож на современный РЭМ, так как на нем можно было смотреть только очень тонкие образцы на просвет. То есть это был скорее сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (СПЭМ или STEM) — Фон Арденне, по сути, добавил сканирующую систему к просвечивающему электронному микроскопу. Кроме регистрации изображения на кинескопе, в приборе была реализована система фоторегистрации на пленку, расположенную на вращающемся барабане. Электронный пучок диаметром 0,01 мкм сканировал поверхность образца, а прошедшие электроны засвечивали фотопленку, которая перемещалась синхронно с электронным пучком. 
Первая микрофотография, полученная на СПЭМ, зафиксировала увеличенный в 8000 раз кристалл ZnO с разрешением от 50 до 100 нанометров. Изображение составлялось из растра 400х400 точек и для его накопления было необходимо 20 минут. Микроскоп имел две электростатические линзы, окруженные отклоняющими катушками.

     В 1942 году, русский физик и инженер Владимир Зворыкин, работавший в то время в лаборатории Radio Corporation of America в Принстоне в США, опубликовал детали первого сканирующего электронного микроскопа, позволяющего проанализировать не только тонкий образец на просвет, но и поверхность массивного образца. Электронная пушка с вольфрамовым катодом эмиттировала электроны, которые затем ускорялись напряжением 10 киловольт. Электронная оптика аппарата была составлена из трех электростатических катушек, а отклоняющие катушки размещались между первой и второй линзой. Чтобы обеспечить удобство размещения образца и манипулирования им в конструкции РЭМ, электронная пушка располагалась внизу микроскопа (у этой конструкции была неприятная особенность — риск падения образца в колонну микроскопа). 
Этот первый РЭМ достигал разрешения порядка 50 нанометров. Но в это время бурно развивалась просвечивающая электронная микроскопия, на фоне которой РЭМ казался менее интересным прибором, что сказалось на скорости развития этого вида микроскопии^[5].