6.3.2 Различные виды линз

• | Печать |

Принципы, описанные выше, включены в различные виды линз, используемых в ПЭМ. Большинство линз в микроскопе являются слабыми линзами с большими зазорами. Они служат либо для уменьшения изображения источника электронов на образеце либо они увеличивают изображение или дифракционную картину от образца и проецируют их на экран просмотра ПЭМ. Как правило, эти линзы имеют вид схематически показаный на рисунке 6.6. Ограничивающая аппертура может быть введена в канал этих линз.

По сравнению с другими линзами в ПЭМ, объективная линза является очень сильной линзой. Существуют несколько видов объективных линз, в зависимости от потребностей конкретного ПЭМ. Наиболее «гибкой» объективной линзой является линза, состоящая из разделенных верхнего и нижнего полюсных наконечников, каждый из которых имеет свои собственные катушки, как показано на рисунке 6.8 A.

Такое расположение полюсных наконечников дает пространство между полюсными наконечниками, необходимое, чтобы позволить нам поместить туда как образец так и апертуру. При использовании этого типа полюсных наконечников, другие инструменты, таких как рентгеновские спектрометры могут иметь относительно легкий доступ к образцу. По этой же причине, достаточно просто разработать держатели образцов, которые позволяют наклонять, поворачивать, нагревать, охлаждать, растягивать образец и т.д. Такая универсальность объясняет популярность линз с разделенными полюсными наконечкинака в ПЭМ.

В линзе с разделенными полюсными наконечниками можно сделать так ,чтобы верхний полюсный наконечник вел себя отлично от нижнего полюсного наконечника. Наиболее распространенное применение этого является возбуждение верхнего полюсного наконечника гораздо сильнее чем нижнего. Такие асимметричные линзы идеально подходят для АЭМ/СПЭМ, поскольку они могут производить как широкий пучок электронов для ПЭМ, так и тонкий пучок электронов для АЭМ и СПЭМ.

Если же основное требование к микроскопу – получение высокого разрешения, то фокусное расстояние объективной линзы должно быть очень коротким, что означает что она должна быть очень сильной линзой. Такое короткое фокусное растояние реализуется с помощью использования иммерсионных линз. Образец помещается в центр поля линзы, как показано на рисунке 6.8 B. В таких верхнепогружных столиках, образец окружен объективной линзой со всех сторон, и поэтому разработка в таких линзах систем манипулирования, нагрева или охлаждения образца, является очень сложной задачей, и, конечно же, это делает невозможным, установку рентгеновского детектора вблизи образца, поэтому АЭМ в таких линзах неэффективна.

Если фокусное расстояние остается очень коротким, чтобы дать самое высокое разрешение, то становится трудно наклонять образец более чем на несколько градусов. Таким образом, в ПЭМ высокого разрешения, вы не можете сделать много больше чем получение изображения и дифракционной картины в ограниченном диапазоне наклонов образца. Это ограничение может быть преодолено разработкой трубчатого объектива, как показано на Рисунке 6.8 C, который содержит только один полюсный наконечник с небольшим отверстием, для увеличения силы линзы. Коррекция сферических аберраций также уменьшает необходимость иметь сильную линзу для получения высокого разрешения, поэтому линзы с большим каналом могут быть реализованы в ПЭМ с коррекцией аббераций без ущерба для разрешения.

Ограничения ферромагнитных полюсных наконечников можно преодолеть с помощью использования сверхпроводящих линз. Мы не можем делать полюсные наконечники из мягкого железа сильнее, чем их намагниченность насыщения, и это ограничивает фокусное расстояние и способность получать тонкие зонды.

Сверхпроводящие линзы могут обойти эти ограничения, но так как сверхпроводник генерирует фиксированное поле, оно не может быть изменено также, как в обычных ферромагнитных линзах, поэтому система построенная на таких линзах не обладает большой гибкостью.

В дополнение к этим вариациям на тему одинарных или двойных полюсных наконечников, также возможно создать квадрупольные, секступольные, или октупольные линзы, в которых фокусировка достигается за счет четырех, шести или восьми полюсных наконечников, соответственно. Сосдение полюсные наконечники имеют противоположные полярности, как показано на Рисунке 6.8 D. Эти линзы не используются в ПЭМ, как увеличительные линзы, но используются для коррекции дефектов линз, таких как астигматизм, используются в качестве линз в корректорах аббераций, а также в спектрометрах потерь энергии электронов. Эти линзы требуют меньше энергии, и они не вносят никакого вращения изображения, которое является характерной чертой электромагнитных линз.