Вс. Апр 21st, 2024

Зарождение электрической микроскопии связано с созданием в конце 19 века электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). В первой осциллографической ЭЛТ (К. Ф. Браун, 1897) электрический пучок отклонялся магнитным полем. Отклонение заряженных частиц электростатическим полем вместе с магнитным использовал британский физик Дж. Дж. Томсон в опытах по определению дела заряда электрона к его массе, пропуская пучок меж пластинами плоского конденсатора, помещённого с внутри ЭЛТ.

В 1899 нем. физик И. Э. Вихерт применил для фокусировки электрического пучка в ЭЛТ магнитное поле катушки с током. Но только в 1926 германский учёный X. Буш на теоретическом уровне разглядел движение заряженных частиц в магнитном поле таковой катушки и показал, что она применима для получения правильных электронно-оптических изображений и, как следует, является электрической линзой (ЭЛ).

В ответ на это открытие появилась мысль электрического микроскопа и две команды — Макс Кнолл и Эрнст Руска из Берлинского технического института и Эрнст Бруш из лаборатории EAG попробовали воплотить эту идею на практике. В 1932 году Кнолл и Руска сделали 1-ый просвечивающий электрический микроскоп.

После перехода в немецкую радиокомпанию Telefunken, для проведения исследовательских работ телевизоров на катодных трубках, Макс Кнолл разработал анализатор электрической трубки либо «анализатор электрического пучка», который конструировал все нужные свойства сканирующего электрического микроскопа: эталон размещался с одной стороны отпаянной стеклянной трубки, а электрическая пушка с другой. Электроны, ускоренные напряжением от 500 до 4000 вольт, фокусировались на поверхности эталона, а система катушек обеспечивала их отклонение. Пучок сканировал поверхность эталона со скоростью 50 изображений за секунду, а измерение тока, прошедшего через эталон, позволяло вернуть изображение его поверхности. 1-ый прибор, использующий этот принцип, был сотворен в 1935 году.

В 1938 году германский спец Манфред фон Арденне выстроил 1-ый сканирующий электрический микроскоп. Но этот аппарат еще не был похож на современный РЭМ, потому что на нем можно было глядеть только очень тонкие эталоны на просвет. Другими словами это был быстрее сканирующий просвечивающий электрический микроскоп (СПЭМ либо STEM) — Фон Арденне, на самом деле, добавил сканирующую систему к просвечивающему электрическому микроскопу. Не считая регистрации изображения на кинескопе, в приборе была реализована система фоторегистрации на пленку, расположенную на вращающемся барабане. Электрический пучок поперечником 0,01 мкм сканировал поверхность эталона, а прошедшие электроны засвечивали фотопленку, которая передвигалась синхронно с электрическим пучком.

В 1942 году, российский физик и инженер Владимир Зворыкин, работавший в то время в лаборатории Radio Corporation of America в Принстоне в США, опубликовал детали первого сканирующего электрического микроскопа, позволяющего проанализировать не только лишь узкий эталон на просвет, да и поверхность громоздкого эталона. Электрическая пушка с вольфрамовым катодом эмиттировала электроны, которые потом ускорялись напряжением 10 киловольт. Электрическая оптика аппарата была составлена из 3-х электростатических катушек, а отклоняющие катушки располагались меж первой и 2-ой линзой.

Этот 1-ый РЭМ достигал разрешения порядка 50 нанометров. Но в это время бурно развивалась просвечивающая электрическая микроскопия, на фоне которой РЭМ казался наименее увлекательным прибором, что сказалось на скорости развития этого вида микроскопии.

В конце 1940 годов Чарльз Отли, будучи председателем конференции отдела проектирования Кембриджского института в Англии, заинтересовался электрической оптикой и решил объявить программку разработки сканирующего электрического микроскопа в дополнение к ведущимся в отделе физики работам над просвечивающим электрическим микроскопом под управлением Элис Косслетт. Один из студентов (Кен Сандер), начал работать над колонной для РЭМ, используя электростатические линзы, но обязан был через год оборвать работы из-за заболевания. Работу в 1948 году возобновил Дэннис МакМиллан. Он с Чарльзом Отли выстроили их 1-ый РЭМ (SEM1 либо Scanning Electron Microscope 1) и в 1952 году этот инструмент достигнул разрешения 50 нанометров и, что более принципиально, обеспечил трехмерный эффект проигрывания рельефа эталона — соответствующую особенность всех современных РЭМ.

В 1960 году Томас Эверхарт и Ричард Торнли, изобретя новый сенсор («детектор Эверхарта-Торнли»), ускорили развитие растрового электрического микроскопа. Этот сенсор, очень действенный для сбора как вторичных, так и отражённых электронов, становится очень пользующимся популярностью и встречается на данный момент на многих РЭМ.

Работы, которые велись в Кембриджском институте группой Чарльза Отли в 60-е годы, очень содействовали развитию РЭМ, и в 1965 году компанией «Cambridge Instrument Co.» был выпущен 1-ый коммерческий сканирующий электрический микроскоп — Stereoscan.

Наряду с исследованием электрических пучков шло исследование пучков ионов, что привело к созданию ионной оптики (ИО). Меж ЭО и ИО нет принципного отличия. Движение электронов и ионов в поле описывается теми же уравнениями. Но для внедрения в технике значительно то, что электроны легче получать, а их отклонение и фокусировка из-за наименьшей массы могут осуществляться более слабенькими и наименее протяжёнными магнитными полями, чем в случае ионов той же энергии. Не считая того, рассредотачивание электронов легче визуализировать на люминесцентном экране. Всё это привело к широкому распространению электронно-лучевых устройств. Развитие ИО в значимой степени связано с созданием масс-спектрометров и ускорителей заряженных частиц.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *