1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию
Тем не менее, не все потеряно, и мы можем объединить более интенсивные источники электронов с более чувствительными детекторами электронов и использовать компьютерные улучшение зашумленных изображений для минимизации общей дозы, полученной от пучка электронов образцом, до уровня ниже порога повреждения. Техника минимальных доз радиации в микроскопии, часто в сочетании с охлаждением образца (крио-микроскопия) и низкошумных ПЗС камер, являются стандартными подходами в ПЭМ исследующей биологические объекты и позволяют получать изображения, которые могут быть получены, если всего несколько сотен электронов на нм2 попадают на образец. Эти подходы находят все большее применение в ПЭМ исследованиях материалов, где цифровое управление пучком в СПЭМ еще один способ свести к минимуму радиационные повреждения.
Сочетание высоких энергий (кэВ) с интенсивными источниками электронов, которые доступны в настоящее время, означают, что вы можете разрушить практически любой образец, если не будете соблюдать достаточную осторожность при работе. В то же время ПЭМ таит в себ еще одну опасность - никогда не следует забывать, что помимо образца вы подвергаете себя воздействию ионизирующей радиации. Современные системы являются удивительно хорошо спроектированными и разработаны с учетом системы безопасности как одной из основных задач, но никогда не забывайте, что вы имеете дело с потенциально опасным инструментом, который генерирующим уровень радиации, который будет убивать ткани (и сумели нанести вред некоторым операторам в первых, еще плохо спроектированных, микроскопах). Так что никогда не изменяйте микроскоп без консультации с производителем и без проведения тестов на утечку радиации.
1.3.4 Подготовка образцов
Ваши образцы должны быть достаточно тонкими, если вы собираетесь получить какую-либо информацию с помощью электронов прошедших образец насквозь в ПЭМ. "Тонкие" это понятие относительное, но в данном контексте это означает, что образец должен быть достаточно прозрачным для электронов. Прозрачность образца для электронов означает, что он должен быть достаточно тонким, чтобы передать достаточное количество электронов, т.е. интенсивность, падающих электронов на экран, CCD, или фотопластинку, должна была достаточной, чтобы дать интерпретацию изображений в разумные сроки. Как правило, это требование является функцией от энергии электронов и среднего атомного номера (Z) образца. Как правило, для 100-кэВ электронов, образцы из алюминиевых сплавов будут тонкими вплоть до 1 мкм, в то время как для стали остаются тонкими до толщины в нескольких сотен нанометров. Тем не менее, это аксиома в ПЭМ, что почти всегда, чем тоньше образец, тем лучше и образцы <100 нм должна быть использована везде, где это возможно. В крайних случаях, таких как ВРПЭМ или электронно-спектрометрия, требуются образцы толщиной <50 нм (и даже <10 нм). Эти требования становятся менее строгими по мере увеличения ускоряющего напряжения, но это компенсируется получаемыми образцом повреждениями.
Описанные выше предостережения уравновешиваются в развитие специализированного инструмента для подготовки образцов под названием сфокусированный ионный пучок (FIB), который имеет важное значение для производителей полупроводниковых устройств, которые используют их (в больших количествах) для подготовки в течение нескольких десятков минут, тонкой фольги из конкретных, индивидуальные затворов транзисторов или p-n переходов на пластинах с очень большой степенью интеграции. Единственным недостатком данного метода является то, что для того чтобы купить FIB, вы должны заплатить столько, сколько же, сколько стоит ПЭМ.
1.4 Различные виды ПЭМ
Как было сказано выше, что ПЭМ может проявляться в самых разнообразных типах: ВРПЭМ, ВВПЭМ, ППЭМ, СПЭМ и АЭМ. Однако, современные 200 или 300 кэВ ПЭМ могут объединять аспекты всех перечисленных выше типов микроскопии. Рисунок 1.9 показывает несколько различных видов ПЭМ, которые мы уже упоминали. Поучительно рассмотреть некоторые особенности инструментов, которые показаны здесь. ВВПЭМ обычно требует две или три комнаты, оператор стоящий рядом показывает масштаб этого инструмента. Современная машина, по сути, является электронно-оптической колонной, в которой мы можем поддерживать хороший вакуум, а линзами и большинством других функций можно управлять с помощью одного или нескольких компьютеров. Обратите внимание, что цифровые СПЭМ имеют только плоский дисплей: у них нет (внутреннего) экрана для просмотра. Этот аспект становится все более популярной особенностью в конструкции ПЭМ, потому что, если в микроскопе нет экрана, то и оператор не обязан находиться в том помещении или в здании или даже в стране, где установлен микроскоп. Удаленное управление оператора от ПЭМ преодолевает многие факторы, которые ограничивают производительность лучших инструментов. Удаленная работа становится все более привлекательной особенностью, которая даст еще многим исследователям доступ к наиболее сложным ПЭМ, как это уже происходит в мире астрономии с крупнейшими телескопами.
