Електронний мікроскоп із магнітостатичними лінзами

У ПЕМ, описаному вище, магнітний потік створюється завдяки пропусканню електричного струму через обмотки лінз, причому струм подається від спеціальної системи живлення. Ці лінзи отримали назву електромагнітних. Якщо замінити обмотки лінз на постійні магніти, то можна отримати магнітостатичні лінзи. Мікроскоп із такими лінзами називається магнітостатичним і він має ряд переваг, а саме:

- відпадає потреба у схемах живлення лінз;

- магнітний потік більш стабільний порівняно зі створеним електромагнітними лінзами;

- прилад має компактний, малогабаритний розмір.

Конструктивно колона мікроскопа має дві лінзи: об’єктивну і проективну. Зразок розміщається у предметній площині об’єктивної лінзи. Наведення на фокус можна здійснювати трьома способами:

- переміщенням об’єкта вздовж оптичної осі об’єктива;

- зміною анодної напруги, внаслідок чого змінюється довжина хвилі електрона, а тим самим - фокусна відстань лінзи;

- зміною магнітного потоку, який проходить через полюсний наконечник лінзи (щілина у полюсному наконечнику поступово закривається кільцями із феромагнітного матеріалу).

Магнітостатичний мікроскоп забезпечує дискретне збільшення 1500, 3000 і 6000 крат, що регулюється завдяки зміні полюсного наконечника в проективній лінзі. Але при цьому слід мати на увазі, що для того щоб замінити полюсний наконечник, необхідно проводити демонтаж колони.

2 Просвічуючий електронний мікроскоп
з електростатичними лінзами

ПЕМЕЛ не досягли такої досконалості, як ПЕМ з електромагнітними лінзами. Але він має деякі особливості та переваги:

- живлення освітлювальної системи та лінз здійснюється від одного високовольтного генератора, що, у свою чергу, зменшує вимоги до стабільності високої напруги;

- лінзи мають більш просту конструкцію, простіша система для розміщення об’єкта; загалом конструкція колони більш проста;

- прилад більш придатний для вивчення магнітних матеріалів;

- мікроскоп з електростатичними лінзами може використовувати замість електронів протони та ядра атомів, оскільки заломлювальна здатність електростатичної лінзи залежить не від маси частинки, а лише від її заряду.

У деяких наукових лабораторіях Європи створені й працюють гелієві та літієві мікроскопи. У таких електростатичних приладах довжина хвилі випромінювання значно менша (λ ~10^-2 Å), ніж довжина хвилі електрона (λ ~10^-1 Å).

Поряд із цим мікроскоп з електростатичними лінзами має ряд недоліків, а саме:

- більш низьку прискорюючу напругу (до 50-60 кВ);

- велику фокусну відстань при використанні потоку електронів (до 7-10 мм);

- нижчу роздільну здатність (3-10 нм) та збільшення (20-5·10⁴ крат), що обумовлено величинами прискорюючої напруги та фокусної відстані;

- більш істотний вплив мають аберації (велике значення сталих хроматичної та сферичної аберацій).

Оптична схема ПЕМЕЛ принципово не відрізняється від схеми мікроскопа з електромагнітними лінзами. Різниця полягає в тому, що замість магнітних лінз використовують електростатичні. Всі ПЕМЕЛ не мають конденсорних лінз і, як правило, відсутня проміжна лінза. Наведення на різкість здійснюється завдяки зміні відстані між об’єктом та об’єктивом або зміною напруги на об’єктивній лінзі. Збільшення регулюється завдяки зміні напруги на проекційній лінзі.

Принципова схема ПЕМЕЛ та хід променів у його колоні наведені на рисунку 4.1.

Як бачимо з цього рисунка, електронна гармата в ПЕМЕЛ складається із катода (1), фокусуючих електродів (2, 3) та анода (4). Діаметр створеного гарматою пучка електронів, що потрапляє на об’єкт (6), обмежується освітлювальною діафрагмою (5). Об’єктивна лінза (7) створює пряме проміжне зображення, апертурна

Рисунок 4.1 – Принципова схема ПЕМЕЛ

діафрагма (8) знаходиться біля нижнього електрода об’єктива. Проміжне зображення збільшується проекційною лінзою (9), і, як наслідок, створюється кінцеве зображення на екрані (10).

Об’єктивна та проективна лінзи являють собою одиничні (симетричні) електростатичні лінзи, середні електроди яких знаходяться під високою напругою, яка подається від високовольтного випрямляча через дільник напруги (11). Крайні електроди лінз заземлені.