Емісійні мікроскопи

Як об’єкт дослідження в емісійному електронному мікроскопі використовуються матеріали, що здатні випро- мінювати електрони. Залежно від виду емісії розрізняють такі типи мікроскопів: термоелектронні, фотоелектронні

Рисунок 4.3 – Хід променів у тіньовому мікроскопі: 1 - джерело електронів; 2, 3 –електростатичні лінзи; 4 - зразок; 5 - екран

вторинноелектронні, автоелектронні. Відмітимо, що розроблений Кнолем та Рускою у 1931 році мікроскоп за принципом роботи був емісійним.

Емісійні мікроскопи дають можливість розв’язувати два класи задач:

- дослідження емісійних властивостей катодів;

- вивчення твердих об’єктів при високих температурах.

На рисунку 4.4 наведено механізм утворення зображення в емісійному мікроскопі.

Різний ступінь емісії електронів з різних ділянок зразка створює контраст на зображенні. Ділянкам з більшою емісією відповідають на зображенні більш світлі місця. Таким чином, контраст на зображенні в емісійному мікроскопі виникає внаслідок нерівномірної емісії об’єкта.

Залежно від виду емісії, характеру інформації, яку необхідно отримати, мікроскопи мають різне конструктивне оформлення. В них можуть

Рисунок 4.4 – Формування зоб-раження в емісійному мікроскопі: 1 - об’єкт; 2 - оптична система; 3 - зображення

електростатичні та електромагнітні лінзи, але перша лінза, яка отримала назву емісійного об’єктива, однозначно повинна бути електростатичною для того, щоб прискорити пучок електронів. Зображення, отримане в емісійному мікроскопі, має високу роздільну здатність, велику контрастність. Основний недолік даного типу приладів – великий коефіцієнт сферичної аберації.

Емісійний мікроскоп без лінз отримав назву мікроскопа-проектора. Існує два типи мікроскопів-проекторів − циліндричний та сферичний. На рисунку 4.5 наведено схему сферичного мікроскопа-проектора.

У такому мікроскопі можна отримати зображення поверхні вістря або голки за умови, що її кінець має строго сферичну форму. Збільшення у сферичному проекторі пропорційне R/r, (R – радіус колби, r – радіус кінця вістря). При r ~ 100 нм у мікроскопі досягають збільшення 10⁷ крат.

За допомогою сферичних проекторів можна досліджувати скелети молекул без їх руйнування. Для проведення дослідження на кінець голки наносять ту чи іншу речовину. Роздільна здатність мікроскопа становить менше 1 нм.

Рисунок 4.5 – Схема сферичного проектора: 1 - вістря; 2 – стру-мопровідна дуга; 3 – струмо-провідний шар, що є анодом; 4 - струмопровід; 5 - екран; 6 - патрубок для відкачування; 7 – колба; 8 - патрубок з гетером

Кращої роздільної здатності можна досягти, замінивши потік електронів з вістря на потік іонів. Такі прилади отримали назву іонних мікропроекторів. Унаслідок меншої довжини хвилі де Бройля іона можна отримати вищу роздільну здатність (0,2-0,4 нм).

Циліндричні проектори використовують для дослідження емісійних властивостей матеріалів катодів. Збільшення мікроскопа визначається відношенням радіуса циліндричного балона до радіуса дроту.