Kớnh hiển vi điện tử truyền qua - TEM (tờn tiếng Anh là
Transmission Electron
Microscope, viết tắt là
TEM), cú cấu tạo gồm cỏc phần cơ bản sau: Nguồn phỏt điện tử (catốt); Anốt; hệ thống tụ quang; buồng mẫu; hệ thống cỏc thấu kớnh (kớnh vật, kớnh trung gian và kớnh phúng); hệ thống chõn khụng và hệ thống hiển thị và lưu giữ số liệu. Hỡnh 2.1 là sơ đồ cấu tạo của một TEM.
Do nguyờn lý hoạt động, hệ thống thấu kớnh
phải đồng trục và được gọi là cột quang học. Toàn bộ nguồn phỏt điện tử, cột quang học và buồng ảnh của TEM phải cú độ chõn khụng cao hỡnh 2.1.
2.2.1. Nguồn phỏt điện tử
Cú hai loại nguồn phỏt xạ điện tử (ca tốt) thường được dựng là phỏt xạ nhiệt (thermal emission) và phỏt xạ trường (field emission) [3]. Nhiệm vụ của nguồn phỏt xạ điện tử là tạo ra chựm điện tử cú cường độ mạnh và đơn sắc. Trong cỏc TEM hiện đại, để chụp được cỏc ảnh phõn giải cao, độ
Hỡnh 2.1. Sơ đồ cấu tạo của kớnh hiển vi điện tử
tương phản tốt, người ta thường sử dụng nguồn phỏt điện tử là phỏt xạ trường. Năng lượng của chựm tia điện tử phụ thuộc vào điện thế gia tốc (điện thế a-nốt).
2.2.2. A-nốt
A nốt là điện cực được cấp một điện thế cao (phụ thuộc vào thiết bị cụ thể). Đối với TEM điện thế này khụng nhỏ hơn 50 kilovolt. Vỡ điện ỏp cao nờn cần thiết phải cú thiết bị cỏch điện rất tốt. Để thiết bị cú thể đạt độ
phõn giải theo thiết kế, chế độ ổn định điện thế phải đạt 10-6 (cú nghĩa là 1
triệu volt chỉ được phộp ± 1 V) là đũi hỏi đầu tiờn.
2.2.3. Hệ thống tụ quang
Chựm tia điện tử sau khi được gia tốc bởi điện thế của a nốt đi vào hệ thống điện từ trường điều khiển đầu tiờn, đú là tụ quang. Tụ quang cú một (đơn) hoặc hai (kộp) thấu kớnh điện từ. Nhiệm vụ của cỏc tụ quang là hội tụ chựm tia điện tử sau khi đi qua a nốt chiếu lờn mẫu. Hệ thống tụ quang này cũng cho phộp người sử dụng TEM điều khiển cường độ chựm tia điện tử chiếu lờn một diện tớch thớch hợp trờn mẫu.
2.2.4. Buồng mẫu
Chựm tia điện tử sau khi được điều chỉnh phự hợp bởi hệ thống tụ quang sẽ chiếu lờn mẫu nghiờn cứu đặt trong buồng mẫu. Giỏ để mẫu nằm trờn tiờu điểm của tụ quang. Mẫu nghiờn cứu cú đường kớnh 3 mm với độ dày thớch hợp được giữ chớnh xỏc và ổn định trờn giỏ để mẫu. Giỏ để mẫu cú thể dịch chuyển theo trục X, Y một khoảng nhất định và cú thể nghiờng theo trục Z một gúc nhất định (tuỳ thiết bị cụ thể). Buồng để mẫu cú 2 phần. Phần “tiền buồng” để ngoài được nối với hệ thống hỳt chõn khụng riờng, cú van chõn khụng cỏch ly buồng chớnh. Mục đớch là để khi thay mẫu nghiờn cứu khụng phải ngắt toàn bộ hệ thống.
2.2.5. Hệ thống cỏc thấu kớnh vật, trung gian và kớnh phúng
Đế tạo ảnh hiển vi điện tử hoặc ảnh nhiễu xạ điện tử của mẫu nghiờn cứu, phớa dưới buồng mẫu của TEM là một hệ thấu kớnh điện từ bao gồm: thấu kớnh vật, thấu kớnh trung gian và thấu kớnh phúng. Thấu kớnh vật (hay kớnh vật ) được bố trớ ngay dưới buồng mẫu cú nhiệm vụ tạo ra ảnh hiển vi đầu tiờn hoặc ảnh nhiễu xạ điện tử. Những ảnh này sẽ được phúng đại lờn bởi cỏc thấu kớnh tiếp theo.
Thấu kớnh trung gian (kớnh trung gian) được đặt dưới kớnh vật cú nhiệm vụ khuyếch đại ảnh hiển vi đầu tiờn hoặc tạo ảnh nhiễu xạ điện tử. Ở chế độ chụp ảnh hiển vi, chựm điện tử sẽ được hội tụ ở mặt phẳng ảnh của thấu kớnh. Cũn ở chế độ ghi ảnh nhiễu xạ, ảnh đựoc tạo thành ở mặt phẳng tiờu cự của thấu kớnh.
Thấu kớnh phúng cú nhiệm vụ phúng đại ảnh hiển vi từ thấu kớnh trung gian. Độ phúng đại ảnh cuối cựng phụ thuộc vào mục đớch của người sử dụng và thụng tin cần cú từ mẫu nghiờn cứu và được điều khiển thụng qua cường độ của thấu kớnh phúng.
Tất cả cỏc thấu kớnh trong hệ thấu kớnh tạo ảnh này đều cú những sai số như thấu kớnh thuỷ tinh đú là: loạn thị, cầu sai, sắc sai [3]. Vỡ vậy trong cỏc TEM, người ta thường cú cỏc bộ phận để làm giảm cỏc sai số này và tăng độ tương phản của ảnh ghi nhận được như: thay đổi màn chắn của thấu kớnh, bộ chống loạn thị,…
2.2.6. Hệ thống hiển thị và lưu giữ thụng tin
Cỏc ảnh hiển vi, ảnh nhiễu xạ điện tử và cỏc phổ phõn tớch cuối cựng sẽ được hiển thị trờn màn huỳnh quang đặt phớa dưới cựng của cột kớnh hoặc trờn màn hỡnh mỏy tớnh thụng qua hệ thống kết nối giữa TEM với mỏy vi tớnh như CCD camera. Để lưu giữ cỏc kết quả này, người sử dụng cú thể chụp bằng cỏc phim ảnh hoặc lưu giữ ở dạng số hoỏ. Ngày này, hầu hết cỏc
TEM hiện đại đều được kết nối với hệ thống mỏy vi tớnh để hiển thị, lưu giữ và xử lý cỏc số liệu thu đựợc.
2.2.7. Hệ thống chõn khụng
Do yờu cầu kỹ thuật, tất cả hệ thống trờn được đặt trong chõn khụng
cao ~ 10-6 Torr. Để đạt chõn khụng này người ta sử dụng hệ thống bơm sơ
cấp và bơm khuyếch tỏn. Tiền buồng (buồng mẫu) được nối với hệ thống riờng, độc lập với chõn khụng của cột quang học.
Nguyờn lý hoạt động của TEM như sau: Khi một chựm tia điện tử được gia tốc bởi điện thế cao đi vào mẫu nghiờn cứu chỳng sẽ tương tỏc với cỏc nguyờn tử trong mẫu. Cỏc điện tử truyền qua mẫu (truyền thẳng hoặc bị tỏn xạ) sẽ được cỏc kớnh vật, kớnh trung gian, kớnh phúng khuếch đại chỳng lờn tạo thành cỏc ảnh hiển vi hoặc ảnh nhiễu xạ điện tử. Phõn tớch cỏc ảnh hiện vi (ảnh trường sỏng, trường tối và HRTEM) cho ta cỏc thụng tin về kớch thước, hỡnh dạng, phõn bố của cỏc hạt tinh thể, trạng thỏi, khoảng cỏch giữa cỏc mặt phẳng mạng cũng như cỏc sai hỏng của cấu trỳc bờn trong mẫu vật liệu. Phõn tớch cỏc ảnh nhiễu xạ cho ta cỏc thụng tin về trạng thỏi và cấu trỳc của vật liệu như: vật liệu kết tinh hay vụ định hỡnh; pha, hướng và nhúm cấu trỳc tinh thể. Phõn tớch cỏc tia X đặc trưng (EDX) phỏt ra từ mẫu hoặc mức độ tổn hao năng lượng (EELS) của điện tử sau khi tương tỏc cho cỏc thụng tin về thành phần hoỏ học và cấu trỳc điện tử của mẫu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});