9.1.2 Режим работы ПЭМ (СПЭМ) в сходящемся пучке
Иногда возникает необходимость сфокусировать луч намного сильнее, чем это возможно в традиционном ПЭМ, так что интенсивность пучка на конкретной области образца увеличилась. Сейчас мы рассмотрим способы, которыми мы можем сделать это. Если вы хотите, свести к минимуму площадь образца освещаемую пучком, то можно просто изменяете ток в линзе C2 таки образом, чтобы она фокусировалась, а не расфокусировалась, и таки образом, вы формируете изображение C1 кроссовера на образце, как показано на рисунке 9.3.A. Эти условия, при которых можно наблюдать изображение источника для регулирования положения насыщения или для измерения размера пучка. Когда C2 сфокусирован, луч падающий на образец становится менее параллельным и более сходящимся. Когда интенсивность освещения на экране просмотра будет наибольшая, контрастность получаемых изображений будет уменьшаться, и любая дифракционная картина из выбранной области будет искажена. В идеале, для ежедневной работы ПЭМ, ваш образец всегда должен быть достаточно тонким, так что вам никогда не приходилось работать с полностью сфокусировнной C2, но на практике, вы будете часто фокусировать C2, чтобы компенсировать несколько низкое прохождение электронов через толстую часть вашего образца.
Тем не менее, бывают случаи, когда необходимо создать сфокусированный, сходящийся пучок на образце. В этом случае мы используем другой принципиальный способ работы системы освещения: режим сходящегося пучка (или зонда). При использовании данного режима, вы не сразу увидите полезные изображения; схождение пучка уничтожает параллельность пучка и снижает контрастность изображения. Таким образом, чтобы увидеть изображение мы должны сканировать пучком образец; этот режим работы системы освещения является стандартным для СПЭМ и АЭМ.
Теперь, если у вас есть электронная пушка с полевой эмиссией, можно использовать С1 и С2 линзы для получения зонда с размером около 1 Å. Однако, с источником термоэлектронной эмиссии, не возможно сделать столь тонкий зонд используя только эти две линзы (как показано на рисунке 9.3.A), для уменьшения относительно большого кроссовера термоэлектронной пушки менее нескольких нанометров. Таким образом, чтобы получить желаемый зонд размером << 1 нм для анализа и СПЭМ, обычным решением, является введение C3 или конденсорно-объективной линзы. Мы можем сделать это, только если объектив разделен на два полюсных наконечника с отдельными катушками и тогда мы можем сделать верхний полюсный наконечник объективной линзы гораздо сильнее, чем обычно, и ослабить C2 или даже выключить ее, как показано на рисунке 9.3.B. Кроме того, C1 должна быть сильно возбуждена, таким образом, кроссовер пушки располагается далеко от C3. Расстояние до изображения в C3 линзе (di) значительно меньше, чем расстояние до объекта (d0), что позволяет сильно уменьшить кроссовер из C1 линзы (см. уравнение 6.2).
Из рисунка 9.3.B можно видеть, что, несмотря на то, что линза C2 выключена, C2 диафрагма по-прежнему контролирует угол сходимости (α) пучка на образце. Как и в случае режима параллельного пучка, меньшая апертура C2 дает меньший угол сходимости α.
Рисунок 9.3 Режим сходящегося пучка/зонда в ПЭМ. (A) основной принцип: сфокусированная C2 линза освещает небольшую площадь образца непараллельным, сходящимся пучком. (B) практические ситуации в большинстве ПЭМ: использование верхнего полюсного наконечника объективной линзы как линзы C3 дает наименьший из возможных зондов и большой угол сходимости. Обратите внимание, что линза C2 показана как не влияющая на ход лучей (т.е фактически она выключена). Большое отношение d0/di дает максимальное уменьшение изображения кроссоверапушки
Некоторые ПЭМ, используют C1 линзу с двойным зазором. В этих микроскопах одна обмотка линзы C1, но четыре эффективных полюсных наконечника и, следовательно, два кроссовера имеют место находиться в канале линзы. В некоторых других системах функционируют три независимых линзы. Без этого дополнительного кроссовера невозможно получить зонд менее 10 нм. Дополнительные конденсорные линзы дадут зонд размером около 10 раз меньше. Даже если у вас есть возможность использовать только два элемента управления (C1 и C2), то есть по крайней мере три кроссовера. Таким образом, конфигурация конденсорных линз может быть гораздо сложнее, чем показаные базовые принципы на рисунке 9.3.B. Чем больше линз в микроскопе, тем более гибка оптика и, следовательно, тем больше операций может выполнять один ПЭМ.
Рисунок 9.4. Влияние силы C1 линзы на размер зонда: сильная C1 линза (A) приводит к большему уменьшению, любой последующей линзой (C2 и / или C3), что дает меньший электронный пучок на образце. Слабая линза (B) дает более широкий зонд.
Так, в ПЭМ где требуется работа с малым зондом, роль C1 принципиально отличается от ее роли в традиционном, ПЭМ с параллельным пучком. Линза C1 используется для управления размером зонда (и, следовательно, током) на образце. Как показано на рисунке 9.4, сильная C1линза создает малый зонд, в то время как слабая C1 создает большой зонд. Это различие возникает из-за того, что при увеличении силы C1 уменьшается ее di, таким образом, увеличивая расстояние до формирующей зонд линзы C2 (или С3), и, следовательно, линза сильнее уменьшает изображение кроссовера.