Оглавление
- 1 Сканирующий электронный микроскоп
- 1.1 История сканирующего электронного микроскопа
- 1.2 Принципы и возможности СЭМ
- 1.3 Подготовка образцов
- 1.4 Экологическое исследование
- 1.5 Подготовка образцов
- 1.6 Материалы и поверхности
- 1.7 Процесс сканирования и формирования изображения
- 1.8 Увеличение
- 1.9 Обнаружение вторичных электронов
- 1.10 Обнаружение обратно рассеянных электронов
- 1.11 Анализ полупроводников методом инжекции пучка
- 1.12 Методы инжекции пучка
- 1.13 Рентгеновский микроанализ
- 1.14 Разрешение SEM
- 1.15 Экологический СЭМ
- 1.16 Трансмиссия SEM
- 1.17 СЭМ в криминалистике
- 1.18 Цвет в SEM
- 1.19 Методы определения цвета в зависимости от плотности (DDC-SEM)
- 1.20 Аналитические сигналы, основанные на фотонах
- 1.21 3D в SEM
- 1.22 Применение 3D-СЭМ
- 1.23 Галерея изображений SEM
- 1.24 Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
- 1.25 Как это работает
- 1.26 Виртуальный СЭМ
- 1.27 Видео и анимация
- 1.28 История создания ESEM
- 1.29 Архивные материалы
- 1.30 Полный текст статьи:
- 2 Сканирующий электронный микроскоп – Arc.Ask3.Ru
Сканирующий электронный микроскоп
-
История сканирующего электронного микроскопа
- Макс Кнолль сделал первую фотографию с помощью электронно-лучевого сканера в 1937 году.
- Манфред фон Арденн изобрел первый микроскоп с высоким разрешением в 1937 году.
- Сесил Э. Холл создал первый эмиссионный микроскоп в Северной Америке в 1939 году.
- В 1965 году Cambridge Scientific Instrument Company выпустила первый коммерческий прибор “Стереоскан”.
-
Принципы и возможности СЭМ
- Сигналы для получения изображения включают вторичные электроны, обратно рассеянные электроны, характеристические рентгеновские лучи и свет.
- Вторичные электроны имеют низкую энергию и проникают только с поверхности образца.
- Обратно рассеянные электроны имеют более высокую энергию и выходят из более глубоких мест.
- Характеристические рентгеновские лучи используются для идентификации и измерения элементов.
- СЭМ-микрофотографии имеют большую глубину резкости и могут достигать увеличения до 500 000 раз.
-
Подготовка образцов
- Образцы должны быть электропроводящими и заземленными.
- Металлические образцы не требуют специальной подготовки, непроводящие материалы покрываются электропроводящим материалом.
- Биологические образцы требуют фиксации и обезвоживания перед исследованием.
-
Экологическое исследование
- Образцы должны быть полностью сухими.
- Твердые материалы можно исследовать без дополнительной обработки, живые клетки и ткани требуют фиксации.
- Фиксация осуществляется с помощью глутарового альдегида и формальдегида, затем ткань обезвоживается.
-
Подготовка образцов
- Образцы могут быть разделены на секции для визуализации внутренней структуры.
- Криофиксация и криомикроскопия используются для криофиксированных образцов.
- Сублимационное растрескивание полезно для исследования липидных мембран.
-
Материалы и поверхности
- Для получения изображений с обратным рассеянием электронов требуется шлифовка и полировка поверхностей.
- Металлы не покрываются перед визуализацией, так как они электропроводны.
- Фрактография используется для исследования поверхностей с трещинами.
-
Процесс сканирования и формирования изображения
- Электронный пучок испускается из электронной пушки и фокусируется в пятно диаметром от 0,4 нм до 5 нм.
- Луч сканирует поверхность образца, взаимодействуя с ним и испуская вторичные электроны и электромагнитное излучение.
- Сигналы усиливаются и отображаются на мониторе компьютера.
-
Увеличение
- Увеличение в СЭМ регулируется током или напряжением на сканирующих катушках.
- Увеличение не зависит от мощности объектива.
-
Обнаружение вторичных электронов
- Вторичные электроны регистрируются детектором Эверхарта–Торнли.
- Яркость сигнала зависит от количества вторичных электронов.
- Крутые поверхности и края ярче плоских, что создает трехмерный вид.
-
Обнаружение обратно рассеянных электронов
- Обратно рассеянные электроны используются для определения контраста между участками с различным химическим составом.
- Детекторы BSE расположены над образцом для максимального телесного угла сбора.
- Полупроводниковые детекторы могут создавать топографический контраст.
-
Анализ полупроводников методом инжекции пучка
- Высокоэнергетические электроны инжектируют носители заряда в полупроводник.
-
Методы инжекции пучка
- Катодолюминесценция: излучение света при рекомбинации электронно-дырочных пар.
- EBIC: ток, индуцированный электронным пучком, в p-n-переходах.
-
Рентгеновский микроанализ
- Обнаружение рентгеновских лучей для анализа состава образца.
- Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия и рентгеновская спектроскопия с дисперсией по длине волны.
-
Разрешение SEM
- Зависит от размера электронного пятна и объема взаимодействия.
- Обычные СЭМ достигают разрешения 0,4 нм.
-
Экологический СЭМ
- Удаление воздуха, но сохранение водяного пара.
- Возможность анализа влажных и биологических образцов.
- Разработка детектора вторичных электронов и ограничивающих давление отверстий.
-
Трансмиссия SEM
- Использование детекторов для работы в ярком и темном поле.
- Метод называется сканирующей просвечивающей электронной микроскопией (STEM).
-
СЭМ в криминалистике
- Анализ микроскопических объектов, таких как диатомовые водоросли и следы огнестрельных ранений.
- Неразрушающее воздействие на образец.
-
Цвет в SEM
- Ложный цвет: замена уровней серого произвольными цветами.
- Фотометрический 3D-рендеринг для создания топографического изображения.
- Раскрашивание изображений для эстетического эффекта или уточнения структуры.
- Использование нескольких электронных детекторов для увеличения информации на пиксель.
-
Методы определения цвета в зависимости от плотности (DDC-SEM)
- Детекторы вторичных электронов и электронов с обратным рассеянием накладываются друг на друга
- Изображения получают цвет в зависимости от плотности компонентов
- Метод сохраняет топографическую информацию и объединяет её с информацией о плотности
-
Аналитические сигналы, основанные на фотонах
- Измерение энергии фотонов используется для получения аналитических данных
- Примеры: детекторы для энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) и катодолюминесцентные микроскопы (CL)
- Дополнительные сигналы кодируются цветом и накладываются для сравнения структуры и состава образца
-
3D в SEM
- СЭМ не обеспечивают получение 3D-изображений, но 3D-данные могут быть получены
- Фотограмметрия является наиболее точным методом преобразования третьего измерения
- Фотометрическая 3D-реконструкция с четырехквадрантного детектора методом “форма по затенению”
- Фотометрический 3D-рендеринг на основе одного СЭМ-изображения
- Обратная реконструкция с использованием интерактивных моделей электронного материала
- Реконструкция с различным разрешением с использованием одного 2D-файла
- Ионно-абразивная СЭМ (IA-SEM)
-
Применение 3D-СЭМ
- Измерение шероховатости кристаллов льда
- Изучение поверхности излома металлов
- Характеристика материалов, коррозия, измерение размеров в наномасштабе
- Охрана произведений искусства, криминалистика
-
Галерея изображений SEM
- Цветное СЭМ-изображение соевой кистозной нематоды и яйца
- Сложный глаз антарктического криля Euphausia superba
- СЭМ-изображение нормальной циркулирующей человеческой крови
- СЭМ-изображение гедереллоида из девонского периода Мичигана
- СЭМ-изображение слоя коррозии на поверхности древнего стеклянного фрагмента
- СЭМ-изображение слоя фоторезиста, используемого в производстве полупроводников
- СЭМ-изображение поверхности почечного камня
- Два изображения кристаллов инея одинаковой глубины
- Клетки эпидермиса с внутренней поверхности луковичных чешуек
- СЭМ-изображение устьиц на нижней поверхности листа
-
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
- Рекомендации
- Внешние ссылки
- Ресурсы в вашей библиотеке
- Ресурсы в других библиотеках
-
Как это работает
- Как работают сканирующие электронные микроскопы
- Научитесь пользоваться SEM – онлайн-обучающая среда для людей, желающих использовать SEM
- Предоставлено компанией Microscopy Australia
-
Виртуальный СЭМ
- Спарклер – интерактивная имитация сканирующего электронного микроскопа (СЭМ)
- Многоканальная цветная СЭМ-визуализация – и с BSE
-
Видео и анимация
- Видео о сканирующем электронном микроскопе, Университет прикладных наук Карлсруэ
- Анимация и пояснения к различным типам микроскопов, включая электронные микроскопы (Парижский университет)
-
История создания ESEM
- История создания сканирующего электронного микроскопа для окружающей среды (ESEM)
-
Архивные материалы
- В электронном микроскопе Rippel, хранящемся в архиве Wayback Machine от 19 марта 2007 года, собраны многие десятки (в основном биологических) СЭМ-изображений из Дартмутского колледжа
- СЭМ-снимки с окрашиванием лантаноидами, полученные в Научно-исследовательском институте глазных болезней, Москва