Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2 elektronové dělo •elektronové dělo je zařízení, které produkuje elektrony uspořádané do svazku (paprsku) •elektrony opustí svůj zdroj – katodu- po dodání určité množství energie. •tři hlavní typy –termionické zdroje –„field emission“ zdroje –„thermal-field“ zdroje termionické zdroje •energie potřebné k emisi elektronů z katody je dodána v podobě tepla – termoemise • – – • –wolframová katoda –katoda z LaB6 krystalu Figure 204. - Thermionic emission. http://www.rfcafe.com/references/electrical/Electricity%20-%20Basic%20Navy%20Training%20Courses/ele ctricity%20-%20basic%20navy%20training%20courses%20-%20chapter%2019.htm Thermionic-Energy http://www4.nau.edu/microanalysis/Microprobe-SEM/Instrumentation.html E = energie potřebná k emisi elektronu E = Ef + Ew Ef = Fermiho energie, energie potřebná k překonání energetické hladiny elektronů EW = minimální energie elektronu potřebná k opuštění povrchu směrem do vakua, work function work function pro jednotlivé prvky http://en.wikipedia.org/wiki/Work_function Wolframová katoda •ohnutý W drát 100-150 um v průměru •žhavení na cca 2700 K (cca 2427 °C) •životnost cca 100-1000 hodin • •žhavení katody – produkce pomalých elektronů •wehneltův válec – rozdíl napětí mezi katodou a wehneltem je –X00 V –usměrnění termálních elektronů, rozdíl potenciálu určuje emisní proud, elektrostatická čočka •urychlovací napětí mezi katodou a anodou je 0.2-40 KV, obvykle od 10 do 30 kV • • ohnisko (10-100 um) – „efektivní zdroj“ elektronů •uprostřed anody je otvor, kterým elektrony postupují dále k soustavě elmg. čoček electron_gun 2443129576_ef42167672 Cameca E-Gun filament JEOL K-type filament funkce wenheltu vliv žhavení vlákna na proud dopadajících elektronů images%5CFilament_Saturation 2442301715_b790dab206 images%5CEquation3 pro W-katodu v konfiguraci s Wehneltem platí J =emisní proud A= materiálová konstanta, 60 amp cm-2 K-2, pro W E= Work function 4,5 eV pro W Je velmi důležité, aby byl hrot katody ve středů otvoru Wehneltova válce = elektronový svazek ve středu optické soustavy LaB6 zdroj image002 http://www.semitracks.com/index.php/blog/archive-blog-posts materiál katody –hexaborid lanthanu zbroušený do hrotu nízká hodnota „work function“ 2,5 eW větší prostorová proudová hustota ve srovnání s W při nižší teplotě žhavení = ostřejší elektronový obraz delší životnost, cca X měsíců 1440-A http://www.tedpella.com/apertures-and-filaments_html/Kimball-lab6-cathodes.htm srovnání W, LaB6 a FEG Filament, Wehnely cylinder, insulator disc, and electode http://www.ammrf.org.au/myscope/sem/practice/principles/gun.php http://www.ammrf.org.au/myscope/ studený „field emission“ zdroj •emise elektronovým polem –emise elektronů z katody (monokrystal W, hrot) je vyvolána silným elektrostatickým polem, pro kovy obvykle více než 1 GV/m –potenciál elektrostatického pole je silně závislý na Ef – work function –vyžaduje vakuum kolem 1.5 10-7Pa image003 první anoda slouží k extrakci elektronů druhá anoda slouží k urychlení elektronů teplý „field emission“ zdroj field emise z předehřáté katody na povrchu katody je vrstva ZrO2=nižší work function nevyžaduje tak vysoké vakuum cca 10 x větší prostorovou proudovou hustotu než studený FE není třeba tak velké elektrostatické pole žhavení (1000-1800 K, ) hrotu snižuje nutnost vysokého elektrostatického pole semtip http://www.nanophys.kth.se/nanophys/facilities/nfl/manual/sem-adjust/semadj2.html suppressor-odfiltruje elektrony vzniklé termální emisí první anoda slouží k extrakci elektronů druhá anoda slouží k urychlení elektronů emisní proud cca do 200uA srovnání W, LaB6, FEG Reed, 2005: Electron Microprobe Analysis and scanning Electron Microscopy in Geology. http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spie2.html elektronová optika dodatečné centrování elektronového svazku Gun_Alignment_Knobs Alignment_Coil princip elektromagnetické čočky •na elektricky nabitou částici pohybující se v magnetickém poli působí tzv. Lorentzova síla, která mění její směr, nikoli však rychlost \mathbf{F}=q \mathbf{v} \times \mathbf{B} [USEMAP] http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap21/cd533capp.htm vady elektromagnetických čoček Aberrations lze minimalizovat vložením clony před čočku je minimální, protože elektrony mají stejnou energii elektronová optika kondenzorová čočka •el. svazek je po průchodu anodou značně divergentní a pro je třeba jej zkolimovat •změnou ohniska kontroluje množství elektronů, které projdou clonou –změna proudu elektronů (X0 pA-X00 nA) •hrubá regulace proudu Condenser3 Condenser1 dodatečný regulátor proudu Beam_Regulator 1-kondenzorová čočka PFL-probe forming lens-objektivová čočka 2-omezující clona regulátoru 3-sběrná clona regulátoru 4-zdroj proudu elmg čočky 5-zesilovač, elektronika 6-vzorek http://www4.nau.edu/microanalysis/Microprobe-SEM/Instrumentation.html fluktuace žhavícího proudu katody nebo proudu elmg. čoček může způsobit variaci proudu elektronového svazku. objektivová čočka •čočka, která určuje fokusaci elektronového svazku na vzorek, popřípadě průměr svazku objective9 vychylovací cívky a stigmátor •stigmátor – soustava cívek korigující aberace elmg. čoček, nehomogenitu a tvar svazku elektronu • • • •vychylovací cívky provádí rastrování svazku elektronů po vzorku Stigmators ScanCoils