Microscopie electronică

O secţiune transversală printr-un microscop electronic modern relevă următoarele elemente constructive: coloana electrono-optică, sistemul de vidare, sistemele de detecţie, prelucrare, procesare şi redare a informaţiei şi blocul de alimentare cu energie a tuturor componentelor. Coloana electrono-optică se compune din tunul de electroni, lentilele condensoare şi lentila obiectiv.

Principial, construcţia unui microscop electronic este într-o oarecare măsură analogă construcţiei proiectorului optic obişnuit. Părţile principale, comune celor două instrumente, sunt următoarele: sursa (de iluminare la microscopul optic, de electroni la microscopul electronic), lentila condensoare (sau condensorul), obiectul de studiat, lentila proiectoare şi sistemul de vizualizare şi înregistrare a informaţiei.

Condensorul are rolul de a focaliza fasciculul de electroni pe probă, asigurând un paralelism cât mai bun al radiaţiilor cu axa optică. Obiectivul formează imaginea primară, mărită, a obiectului; aceasta este preluată de lentila proiector care o măreşte mai mult, pentru observarea pe ecranul instrumentului.

Tunul de electroni are rolul de a genera fasciculul de electroni. În interiorul tunului de electroni un câmp electrostatic dirijează electronii emişi de o porţiune foarte mică a suprafeţei unui filament, printr-o apertură foarte îngustă. După aceea, tunul accelerează electronii prin coloană spre probă, cu energii cuprinse între căteva zeci şi zeci de mii de electronvolţi.

Fasciculul de electroni, emis de tunul electronic, care bombardează suprafaţa probei, este compus din electroni monocinetici şi poartă numele de fascicul incident sau primar. El poate fi supus unei tensiuni de accelerare de la 100V până la 40.000V, în funcţie de tipul de microscop folosit.

În momentul de faţă sunt utilizate căteva tipuri de tunuri de electroni: cu wolfram, cu hexaborură de lantan (LaB6) şi cu emisie de câmp. Constructiv, sunt utilizate materiale şi principii fizice diferite pentru obţinerea tunurilor de electroni, dar au ca scop comun generarea unui fascicul de electroni direcţionat, având curent stabil şi diametru cât mai mic posibil. Electronii parcurg tunul ca un fascicul divergent. O serie de lentile electromagnetice şi de diafragme din coloană reconverg şi focalizează fasciculul într-o imagine micşorată. Aproape de zona de jos a coloanei există câteva bobine de scanare în rastere, care deflectează fasciculul de electroni într-o grilă de baleiere pe suprafaţa probei. Lentila finală focalizează fasciculul într-o arie cu o dimensiune cât mai mică pe suprafaţa probei.

Figura 1.1. Reprezentarea schematică a microscopului electronic de baleiaj

După parcurgerea coloanei de electroni, fasciculul ajunge în camera probei. Aceasta încorporează dispozitivul de manevrare a probei, o uşă pentru introducerea sau extragerea eşantionului analizat şi câteva dispozitive pentru montarea detectorilor de semnale sau a altor accesorii. În momentul interacţiei fasciculului de electroni cu suprafaţa probei rezultă o serie de semnale, care după ce sunt detectate, amplificate şi procesate permit obţinerea unor informaţii privind morfologia, structura şi compoziţia probelor.

Semnalele rezultate în urma interacţiei fasciculului primar cu proba sunt: electronii secundari, electronii retrodifuzaţi (retroîmprăştiaţi), electronii Auger, electronii transmişi (în cazul probelor foarte subţiri), radiaţiile X, catodoluminiscenţa şi tensiunea electromotoare indusă.

Mărimea semnalelor obţinute, depinde de trei factori: grosimea probei investigate, compoziţia chimică a acesteia şi tensiunea de accelerare a electronilor.