กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน ( TEM ) เป็นเทคนิคกล้องจุลทรรศน์ที่ลำแสงอิเล็กตรอนถูกส่งผ่านตัวอย่างเพื่อสร้างภาพ ชิ้นงานทดสอบส่วนใหญ่มักจะมีความหนาน้อยกว่า 100 นาโนเมตรหรือแขวนบนตะแกรง ภาพเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับตัวอย่างขณะที่ลำแสงถูกส่งผ่านชิ้นงาน ภาพถูกขยายแล้วและมุ่งเน้นไปยังอุปกรณ์ถ่ายภาพเช่นเรืองแสงหน้าจอชั้นของฟิล์มหรือเซ็นเซอร์เช่น scintillator ที่แนบมากับอุปกรณ์ชาร์จคู่

ภาพ TEM ของคลัสเตอร์ของ โปลิโอ ไวรัสโปลิโอมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 นาโนเมตร [1]
หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านมีความสามารถในการถ่ายภาพที่ความละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเนื่องจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนที่มีขนาดเล็กกว่า สิ่งนี้ทำให้เครื่องมือสามารถจับภาพรายละเอียดที่ละเอียดได้แม้จะมีขนาดเล็กเท่าอะตอมคอลัมน์เดียวซึ่งมีขนาดเล็กกว่าวัตถุที่ละลายได้ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงหลายพันเท่า กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่สำคัญในวิทยาศาสตร์กายภาพเคมีและชีววิทยา TEMS พบการประยุกต์ใช้ในการวิจัยโรคมะเร็ง , ไวรัสวิทยาและวัสดุศาสตร์เช่นเดียวกับมลพิษ , นาโนเทคโนโลยีและเซมิคอนดักเตอร์วิจัย แต่ยังอยู่ในสาขาอื่น ๆ เช่นซากดึกดำบรรพ์และเรณูวิทยา

เครื่องมือ TEM มีโหมดการทำงานมากมายรวมถึงการถ่ายภาพทั่วไปการสแกนการถ่ายภาพ TEM (STEM) การเลี้ยวเบนสเปกโทรสโกปีและการรวมกันของสิ่งเหล่านี้ แม้ในการถ่ายภาพทั่วไปก็มีวิธีการสร้างคอนทราสต์ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานเรียกว่า "กลไกความคมชัดของภาพ" คอนทราสต์อาจเกิดขึ้นได้จากความแตกต่างของตำแหน่งต่อตำแหน่งของความหนาหรือความหนาแน่น ("คอนทราสต์มวล - ความหนา") เลขอะตอม ("คอนทราสต์ Z" หมายถึงตัวย่อทั่วไป Z สำหรับเลขอะตอม) โครงสร้างผลึกหรือการวางแนว ("crystallographic คอนทราสต์ "หรือ" คอนทราสต์การเลี้ยวเบน "), เฟสเชิงควอนตัม - เชิงกลเล็กน้อยที่อะตอมแต่ละตัวผลิตในอิเล็กตรอนที่ผ่าน (" เฟสคอนทราสต์ ") พลังงานที่อิเล็กตรอนสูญเสียไปเมื่อผ่านตัวอย่าง (" การถ่ายภาพสเปกตรัม ") และ มากกว่า. กลไกแต่ละอย่างจะบอกข้อมูลที่แตกต่างกันแก่ผู้ใช้ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับกลไกความคมชัดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการใช้กล้องจุลทรรศน์ - การตั้งค่าของเลนส์รูรับแสงและเครื่องตรวจจับ สิ่งนี้หมายความว่า TEM สามารถส่งคืนข้อมูลความละเอียดระดับนาโนเมตรและอะตอมที่หลากหลายเป็นพิเศษในกรณีที่ดีที่สุดไม่เพียง แต่เปิดเผยว่าอะตอมทั้งหมดอยู่ที่ใด แต่เป็นอะตอมชนิดใดและมีพันธะต่อกันอย่างไร ด้วยเหตุนี้ TEM จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับนาโนศาสตร์ทั้งในสาขาชีววิทยาและวัสดุ

TEM แรกถูกสาธิตโดยMax KnollและErnst Ruskaในปี 1931 โดยกลุ่มนี้ได้พัฒนา TEM ตัวแรกที่มีความละเอียดมากกว่าของแสงในปี 1933 และ TEM เชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1939 ในปี 1986 Ruska ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับ การพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน [2]

การพัฒนาขั้นต้น

TEM ที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกติดตั้งที่ IG Farben-Werke และตอนนี้จัดแสดงที่ Deutsches Museum ในมิวนิกประเทศเยอรมนี
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (1976)

ในปีพ. ศ. 2416 Ernst Abbe ได้เสนอว่าความสามารถในการแก้ไขรายละเอียดในวัตถุนั้นถูกจำกัดโดยประมาณด้วยความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ในการถ่ายภาพหรือไม่กี่ร้อยนาโนเมตรสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบแสงที่มองเห็นได้ การพัฒนาในกล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต (UV) นำโดยKöhlerและRohrเพิ่มพลังการแก้ไขขึ้นเป็นสองเท่า [3]อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จำเป็นต้องใช้เลนส์ควอตซ์ราคาแพงเนื่องจากการดูดซับรังสียูวีจากแก้ว เชื่อกันว่าการรับภาพที่มีข้อมูลไมโครเมตรย่อยเป็นไปไม่ได้เนื่องจากข้อ จำกัด ของความยาวคลื่นนี้ [4]

ในปีพ. ศ. 2401 Plückerได้สังเกตการเบี่ยงเบนของ "รังสีแคโทด" ( อิเล็กตรอน ) ด้วยสนามแม่เหล็ก [5]เฟอร์ดินานด์เบราน์ใช้เอฟเฟกต์นี้ในปีพ. ศ. 2440 เพื่อสร้างอุปกรณ์ตรวจวัดออสซิลโลสโคปแบบแคโทด - เรย์แบบธรรมดา(CRO) [6]ในปีพ. ศ. 2434 Riecke สังเกตว่ารังสีแคโทดสามารถโฟกัสได้ด้วยสนามแม่เหล็กทำให้สามารถออกแบบเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าได้ง่าย ในปีพ. ศ. 2469 Hans Busch ได้ตีพิมพ์ผลงานที่ขยายทฤษฎีนี้และแสดงให้เห็นว่าสมการของผู้ผลิตเลนส์สามารถใช้กับสมมติฐานที่เหมาะสมกับอิเล็กตรอนได้ [2]

ในปีพ. ศ. 2471 ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลิน Adolf Matthias ศาสตราจารย์ด้านเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงและการติดตั้งระบบไฟฟ้าแต่งตั้งMax Knollเป็นผู้นำทีมนักวิจัยเพื่อพัฒนาการออกแบบ CRO ทีมประกอบด้วยนักศึกษาปริญญาเอกหลายคนรวมทั้งErnst Ruskaและโบเดอฟอน Borries ทีมวิจัยทำงานเกี่ยวกับการออกแบบเลนส์และการจัดวางคอลัมน์ CRO เพื่อปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมเพื่อสร้าง CRO ที่ดีขึ้นและสร้างส่วนประกอบออพติคอลอิเล็กตรอนเพื่อสร้างภาพที่มีกำลังขยายต่ำ (เกือบ 1: 1) ในปีพ. ศ. 2474 กลุ่มนี้ประสบความสำเร็จในการสร้างภาพขยายของกริดตาข่ายที่วางไว้เหนือรูรับแสงแอโนด อุปกรณ์ที่ใช้สองเลนส์แม่เหล็กเพื่อให้บรรลุกำลังขยายสูงเนื้อหาการสร้างครั้งแรกกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ในปีเดียวกันนั้นReinhold Rudenbergผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของบริษัทSiemensได้จดสิทธิบัตรกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบเลนส์ไฟฟ้าสถิต [4] [7]

การปรับปรุงความละเอียด

ในเวลานั้นอิเล็กตรอนถูกเข้าใจว่าเป็นอนุภาคที่มีประจุของสสาร ธรรมชาติของคลื่นของอิเล็กตรอนไม่ได้รับรู้อย่างเต็มที่จนกระทั่งมีการตีพิมพ์สมมติฐาน De Broglieในปีพ. ศ. 2470 [8]กลุ่มวิจัยของ Knoll ไม่ทราบถึงสิ่งพิมพ์นี้จนถึงปีพ. ศ. 2475 เมื่อพวกเขาตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน De Broglie มีขนาดหลายขนาด มีขนาดเล็กกว่าสำหรับแสงในทางทฤษฎีทำให้สามารถถ่ายภาพด้วยตาชั่งอะตอมได้ (แม้สำหรับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์เพียง 1 โวลต์ความยาวคลื่นก็สั้นถึง 1.23  นาโนเมตรแล้ว) ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2475 รุสก้าเสนอให้มีการสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบใหม่สำหรับการถ่ายภาพชิ้นงานโดยตรงที่สอดเข้าไปในกล้องจุลทรรศน์แทนที่จะเป็นตาข่ายธรรมดา กริดหรือภาพของรูรับแสง ด้วยอุปกรณ์นี้ประสบความสำเร็จในการเลี้ยวเบนและการถ่ายภาพแผ่นอลูมิเนียมตามปกติ อย่างไรก็ตามการขยายที่ทำได้นั้นต่ำกว่าด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง การขยายที่สูงกว่าที่มีอยู่ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทำได้ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2476 ด้วยภาพของเส้นใยฝ้ายที่ได้มาอย่างรวดเร็วก่อนที่จะถูกลำแสงอิเล็กตรอนเสียหาย [4]

ในเวลานี้ความสนใจในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นกับกลุ่มอื่น ๆ เช่น Paul Anderson และ Kenneth Fitzsimmons จากWashington State University [9]และ Albert Prebus และJames HillierจากUniversity of Torontoซึ่งเป็นผู้สร้างกลุ่มแรก TEMs ในอเมริกาเหนือในปี 1935 และ 1938 ตามลำดับ[10]การออกแบบ TEM ก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง

การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่Siemensในปีพ. ศ. 2479 ซึ่งจุดมุ่งหมายของการวิจัยคือการพัฒนาและปรับปรุงคุณสมบัติการถ่ายภาพ TEM โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับตัวอย่างทางชีววิทยา ขณะนี้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถูกประดิษฐ์ขึ้นสำหรับกลุ่มเฉพาะเช่นอุปกรณ์ "EM1" ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการกายภาพแห่งชาติของสหราชอาณาจักร [11]ในปีพ. ศ. 2482 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงพาณิชย์เครื่องแรกที่มีภาพถูกติดตั้งในแผนกฟิสิกส์ของIG Farben -Werke การทำงานต่อไปในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ถูกขัดขวางโดยการทำลายของห้องปฏิบัติการใหม่ที่สร้างโดยซีเมนส์โจมตีทางอากาศเช่นเดียวกับการตายของทั้งสองของนักวิจัย Heinz Müllerและ Friedrick กรอสในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง [12]

การวิจัยต่อไป

หลังสงครามโลกครั้งที่สองรุสก้ากลับมาทำงานที่ซีเมนส์ซึ่งเขายังคงพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยผลิตกล้องจุลทรรศน์ตัวแรกที่มีกำลังขยาย 100k [12]โครงสร้างพื้นฐานของการออกแบบกล้องจุลทรรศน์นี้พร้อมด้วยเลนส์การเตรียมลำแสงหลายขั้นตอนยังคงใช้ในกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่ ชุมชนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทั่วโลกก้าวหน้าด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ผลิตในแมนเชสเตอร์สหราชอาณาจักรสหรัฐอเมริกา (RCA) เยอรมนี (ซีเมนส์) และญี่ปุ่น (JEOL) การประชุมระดับนานาชาติครั้งแรกในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจัดขึ้นที่เมืองเดลฟต์ในปี พ.ศ. 2492 โดยมีผู้เข้าร่วมมากกว่าหนึ่งร้อยคน [11]การประชุมในเวลาต่อมา ได้แก่ การประชุมนานาชาติ "ครั้งแรก" ในปารีส 2493 และลอนดอนในปี 2497

ด้วยการพัฒนา TEM เทคนิคที่เกี่ยวข้องของการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (STEM) ได้รับการตรวจสอบอีกครั้งและยังคงไม่ได้รับการพัฒนาจนถึงปี 1970 โดยAlbert Creweจากมหาวิทยาลัยชิคาโกเป็นผู้พัฒนาปืนยิงสนาม[13]และเพิ่มวัตถุประสงค์ที่มีคุณภาพสูง เลนส์เพื่อสร้าง STEM ที่ทันสมัย โดยใช้การออกแบบนี้ครูแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการอะตอมภาพโดยใช้การถ่ายภาพสนามมืดเป็นรูปวงแหวน Crewe และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยชิคาโกได้พัฒนาแหล่งปล่อยอิเล็กตรอนในสนามเย็นและสร้าง STEM ที่สามารถมองเห็นภาพอะตอมหนักเดี่ยวบนพื้นผิวคาร์บอนบาง ๆ [14]ในปี 2008 Jannick Meyer et al. อธิบายการแสดงภาพโดยตรงของอะตอมของแสงเช่นคาร์บอนและแม้แต่ไฮโดรเจนโดยใช้ TEM และพื้นผิวกราฟีนชั้นเดียวที่สะอาด [15]

อิเล็กตรอน

ในทางทฤษฎีความละเอียดสูงสุด, dที่หนึ่งสามารถขอรับด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงได้ถูก จำกัด โดยความยาวคลื่นของโฟตอนที่มีการใช้ในการตรวจสอบตัวอย่างλและช่องตัวเลขของระบบNA [16]

โดยที่ n คือดัชนีการหักเหของตัวกลางที่เลนส์ทำงานและαคือครึ่งมุมสูงสุดของกรวยแสงที่สามารถเข้าสู่เลนส์ได้ (ดูค่ารูรับแสงที่เป็นตัวเลข ) [17]นักวิทยาศาสตร์ต้นศตวรรษที่ยี่สิบตั้งทฤษฎีว่าจะหลีกเลี่ยงข้อ จำกัด ของความยาวคลื่นที่ค่อนข้างใหญ่ของแสงที่มองเห็นได้ (ความยาวคลื่น 400–700 นาโนเมตร ) โดยใช้อิเล็กตรอน เช่นเดียวกับสสารทั้งหมดอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติทั้งคลื่นและอนุภาค (ตามทฤษฎีของLouis-Victor de Broglie ) และคุณสมบัติคล้ายคลื่นหมายความว่าลำแสงของอิเล็กตรอนสามารถโฟกัสและหักเหได้เหมือนกับแสง ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนเกี่ยวข้องกับพลังงานจลน์ของพวกมันผ่านสมการ de Broglie ซึ่งกล่าวว่าความยาวคลื่นเป็นสัดส่วนผกผันกับโมเมนตัม คำนึงถึงเอฟเฟกต์เชิงสัมพันธ์ (เช่นเดียวกับใน TEM ความเร็วของอิเล็กตรอนเป็นเศษส่วนของความเร็วแสง  c [18] ) ความยาวคลื่นคือ

ที่เอชเป็นค่าคงที่ของพลังค์ , ม. 0เป็นมวลส่วนที่เหลือของอิเล็กตรอนและEคือพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเร่ง อิเล็กตรอนมักจะเกิดขึ้นในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยกระบวนการที่เรียกว่าการปล่อย thermionicจากเส้นใยมักทังสเตนในลักษณะเช่นเดียวกับหลอดไฟหรือหรือโดยข้อมูลการปล่อยอิเล็กตรอน [19]จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกเร่งด้วยศักย์ไฟฟ้า (วัดเป็นโวลต์ ) และโฟกัสโดยเลนส์ไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้าลงบนตัวอย่าง ลำแสงส่งมีข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอน, ขั้นตอนและระยะเวลา ; ลำแสงนี้ใช้ในการสร้างภาพ

แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน

เค้าโครงของส่วนประกอบออปติคัลใน TEM พื้นฐาน
ไส้หลอดทังสเตนแบบกิ๊บ
เส้นใยคริสตัล LaB 6เส้นเดียว

จากบนลงล่าง TEM ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดรังสีหรือแคโทดซึ่งอาจเป็นไส้หลอดทังสเตนหรือเข็มหรือแหล่งผลึกเดี่ยวแลนทานัมเฮกซาบอไรด์ ( LaB 6 ) [20]ปืนเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง (โดยทั่วไปคือ ~ 100–300 กิโลโวลต์) และเมื่อมีกระแสเพียงพอปืนจะเริ่มปล่อยอิเล็กตรอนไม่ว่าจะโดยการปล่อยอิเล็กตรอนแบบเทอร์มิโอนิกหรือสนามเข้าไปในสุญญากาศ ในกรณีของแหล่งกำเนิดความร้อนแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนมักจะติดตั้งในกระบอกสูบ Wehneltเพื่อให้โฟกัสเบื้องต้นของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาเป็นลำแสงในขณะเดียวกันก็ทำให้กระแสคงที่โดยใช้วงจรป้อนกลับแบบพาสซีฟ แหล่งกำเนิดการแผ่รังสีภาคสนามใช้แทนอิเล็กโทรดไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่าตัวแยกตัวป้องกันและเลนส์ปืนที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันในแต่ละอันเพื่อควบคุมรูปร่างและความเข้มของสนามไฟฟ้าที่อยู่ใกล้กับปลายแหลม การรวมกันของแคโทดและชิ้นเลนส์ไฟฟ้าสถิตแรกเหล่านี้มักเรียกรวมกันว่า "ปืนอิเล็กตรอน" หลังจากออกจากปืนลำแสงจะถูกเร่งด้วยแผ่นไฟฟ้าสถิตหลายชุดจนกว่าจะถึงแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายและเข้าสู่ส่วนถัดไปของกล้องจุลทรรศน์: ระบบคอนเดนเซอร์เลนส์ จากนั้นเลนส์ส่วนบนของ TEM เหล่านี้จะโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนไปยังขนาดและตำแหน่งที่ต้องการบนตัวอย่าง [21]

การจัดการลำอิเล็กตรอนจะดำเนินการโดยใช้ผลกระทบทางกายภาพสองอย่าง ปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับสนามแม่เหล็กจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ตามกฎมือซ้ายซึ่งทำให้แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถควบคุมลำแสงอิเล็กตรอนได้ การใช้สนามแม่เหล็กช่วยให้สามารถสร้างเลนส์แม่เหล็กที่มีกำลังโฟกัสแบบผันแปรรูปร่างของเลนส์เกิดจากการกระจายของฟลักซ์แม่เหล็ก นอกจากนี้สนามไฟฟ้าสถิตยังสามารถทำให้อิเล็กตรอนเบี่ยงเบนผ่านมุมคงที่ การมีเพศสัมพันธ์ของทั้งสองการโก่งตัวของฝ่ายตรงข้ามในทิศทางที่มีช่องว่างกลางขนาดเล็กช่วยให้การก่อตัวของการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางคานที่ช่วยให้การขยับคานใน TEM ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับSTEM จากผลกระทบทั้งสองนี้เช่นเดียวกับการใช้ระบบถ่ายภาพอิเล็กตรอนสามารถควบคุมเส้นทางลำแสงได้อย่างเพียงพอสำหรับการทำงานของ TEM การกำหนดค่าแสงของ TEM สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วซึ่งแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลเนื่องจากสามารถเปิดใช้งานเลนส์ในเส้นทางลำแสงมีการเปลี่ยนแปลงความแรงหรือปิดใช้งานทั้งหมดเพียงแค่การสลับไฟฟ้าอย่างรวดเร็วซึ่งความเร็วจะถูก จำกัด โดย เอฟเฟกต์เช่นฮิสเทรีซิสแม่เหล็กของเลนส์

เลนส์

เลนส์ของ TEM เป็นสิ่งที่ให้ความยืดหยุ่นของโหมดการทำงานและความสามารถในการโฟกัสลำแสงลงไปที่ระดับอะตอมและขยายสำรองเพื่อให้ได้ภาพจากกล้อง โดยปกติเลนส์จะทำจากขดลวดโซลินอยด์เกือบล้อมรอบด้วยวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อรวมสนามแม่เหล็กของขดลวดให้อยู่ในรูปทรงที่แม่นยำและ จำกัด เมื่ออิเล็กตรอนเข้าสู่และออกจากสนามแม่เหล็กนี้มันจะหมุนวนรอบเส้นสนามแม่เหล็กโค้งในลักษณะที่ทำหน้าที่ได้มากเหมือนกับเลนส์แก้วธรรมดาที่ทำหน้าที่รับแสงซึ่งเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกัน แต่แตกต่างจากเลนส์แก้วเลนส์แม่เหล็กสามารถเปลี่ยนกำลังโฟกัสได้อย่างง่ายดายเพียงแค่ปรับกระแสที่ไหลผ่านขดลวด สิ่งนี้ให้ความยืดหยุ่นในการใช้งานที่ทวีคูณขึ้นไปอีกเมื่อรวมเลนส์เข้าด้วยกันเป็นกลุ่มของเลนส์อิสระซึ่งแต่ละชิ้นสามารถโฟกัสพร่ามัวขยายและ / หรือสร้างภาพรวมของลำแสงที่มาจากเลนส์ตัวก่อนหน้าได้ สิ่งนี้ช่วยให้ระบบเลนส์เดี่ยวระหว่างแหล่งกำเนิดและตัวอย่าง (ระบบ "เลนส์คอนเดนเซอร์") สร้างลำแสงขนานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1 มิลลิเมตรลำแสงที่โฟกัสแน่นซึ่งมีขนาดเล็กกว่าอะตอมหรือสิ่งใดก็ตามที่อยู่ระหว่างนั้น สแต็กเลนส์เพิ่มเติมระบบเลนส์ "ระดับกลาง / โปรเจ็กเตอร์" อยู่หลังตัวอย่าง สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่โฟกัสหรือภาพของตัวอย่างด้วยการขยายที่แตกต่างกันในช่วงขนาดใหญ่ กล้องจุลทรรศน์เดี่ยวจำนวนมากสามารถครอบคลุมช่วงการขยายได้ตั้งแต่ประมาณ 100X ถึงมากกว่า 1,000,000X

รูรับแสงที่สำคัญไม่แพ้กันสำหรับเลนส์ รูเหล่านี้เป็นรูกลมในแถบโลหะหนักบาง ๆ วางไว้ในจุดที่เลือกไว้อย่างดีในคอลัมน์ของเลนส์ บางส่วนได้รับการกำหนดขนาดและตำแหน่งและมีบทบาทสำคัญในการ จำกัด การสร้างเอ็กซเรย์และปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องดูดฝุ่น นอกจากนี้ยังป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนผ่านส่วนนอกสุดของเลนส์แม่เหล็กซึ่งเนื่องจากความคลาดเคลื่อนของเลนส์มากทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนโฟกัสได้ไม่ดี คนอื่น ๆ สามารถเปลี่ยนได้อย่างอิสระระหว่างขนาดที่แตกต่างกันและมีการปรับตำแหน่ง "ช่องรับแสงแปรผัน" เหล่านี้ใช้เพื่อกำหนดกระแสของลำแสงที่ไปถึงตัวอย่างและเพื่อปรับปรุงความสามารถในการโฟกัสลำแสง รูรับแสงที่แปรผันหลังจากตำแหน่งตัวอย่างช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกช่วงของตำแหน่งเชิงพื้นที่หรือมุมกระจายของอิเล็กตรอนเพื่อใช้ในการสร้างภาพหรือรูปแบบการเลี้ยวเบน รูรับแสงเหล่านี้ใช้อย่างชำนาญช่วยให้สามารถศึกษาข้อบกพร่องในผลึกได้อย่างแม่นยำและน่าทึ่ง

ระบบอิเล็กตรอน - ออปติคอลยังรวมถึงตัวเบี่ยงและสติกเกอร์ซึ่งมักทำจากแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็ก ไม่เหมือนกับเลนส์สนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวเบี่ยงจะมุ่งเน้นไปที่ลำแสงเป็นหลักและไม่โฟกัส ตัวเบี่ยงช่วยให้สามารถควบคุมตำแหน่งและมุมของลำแสงที่ตำแหน่งตัวอย่างได้อย่างอิสระ (ตามความจำเป็นสำหรับ STEM) และตรวจสอบให้แน่ใจว่าคานยังคงอยู่ใกล้กับศูนย์กลางความคลาดต่ำของเลนส์ทุกตัวในกองเลนส์ สติกเมเตอร์ให้การโฟกัสแบบละเอียดเสริมช่วยชดเชยความไม่สมบูรณ์และความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยที่ทำให้เกิดสายตาเอียงซึ่งเป็นเลนส์ที่มีความแรงโฟกัสต่างกันในทิศทางที่ต่างกัน

โดยทั่วไป TEM ประกอบด้วยสามขั้นตอนของการเลนส์ ขั้นตอนคือเลนส์คอนเดนเซอร์เลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์โปรเจ็กเตอร์ เลนส์คอนเดนเซอร์มีหน้าที่ในการสร้างลำแสงหลักในขณะที่เลนส์ใกล้วัตถุโฟกัสลำแสงที่ผ่านตัวอย่างมาเอง (ในโหมดการสแกน STEM จะมีเลนส์ใกล้วัตถุอยู่เหนือตัวอย่างด้วยเพื่อให้ลำแสงอิเล็กตรอนที่ตกกระทบมาบรรจบกัน) เลนส์โปรเจ็กเตอร์ใช้เพื่อขยายลำแสงไปยังหน้าจอฟอสเฟอร์หรืออุปกรณ์ถ่ายภาพอื่น ๆ เช่นฟิล์ม การขยายของ TEM เกิดจากอัตราส่วนของระยะทางระหว่างชิ้นงานและระนาบภาพของเลนส์ใกล้วัตถุ [22]เพิ่มเติมstigmatorsอนุญาตให้มีการแก้ไขการบิดเบือนคานอสมมาตรที่เรียกว่าสายตาเอียง มันถูกตั้งข้อสังเกตว่าการกำหนดค่า TEM แสงแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญกับการดำเนินการกับผู้ผลิตโดยใช้การกำหนดค่าเลนส์ที่กำหนดเองเช่นในดาวฤกษ์ปกติแก้ไขเครื่องมือ[21]หรือ TEMS ใช้พลังงานกรองอิเล็กตรอนที่ถูกต้องความผิดเพี้ยนของสี

ซึ่งกันและกัน

ทฤษฎีบทซึ่งกันและกันทางแสงหรือหลักการของการกลับกันของเฮล์มโฮลทซ์โดยทั่วไปถือเป็นจริงสำหรับอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายอย่างยืดหยุ่นในตัวกลางดูดซับเช่นเดียวกับกรณีที่มักเกิดขึ้นภายใต้สภาวะการทำงานของ TEM มาตรฐาน [23] [24]ทฤษฎีบทกล่าวว่าแอมพลิจูดของคลื่นที่จุด B ซึ่งเป็นผลมาจากแหล่งกำเนิดจุดอิเล็กตรอน A จะเหมือนกับแอมพลิจูดที่ A เนื่องจากแหล่งกำเนิดจุดที่เท่ากันวางไว้ที่ B [24]กล่าวง่ายๆก็คือ ฟังก์ชันคลื่นสำหรับอิเล็กตรอนที่โฟกัสผ่านชุดของส่วนประกอบออปติคัลใด ๆ ที่มีเฉพาะสนามสเกลาร์ (เช่นไม่ใช่สนามแม่เหล็ก) จะเท่ากันทุกประการหากแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนและจุดสังเกตกลับกัน

ใน TEM ได้แสดงให้เห็นว่าเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าไม่รบกวนการสังเกตการณ์ซึ่งกันและกันอย่างเห็นได้ชัด[23]โดยมีเงื่อนไขว่ากระบวนการกระเจิงแบบยืดหยุ่นมีอิทธิพลเหนือตัวอย่างและตัวอย่างไม่ได้เป็นแม่เหล็กอย่างแรง การประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทซึ่งกันและกันอย่างระมัดระวังในกรณีที่ถูกต้องทำให้ผู้ใช้ TEM มีความยืดหยุ่นอย่างมากในการถ่ายและตีความภาพและรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน นอกจากนี้ยังอาจใช้ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเพื่อทำความเข้าใจกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (STEM)ในบริบทที่คุ้นเคยของ TEM และเพื่อรับและตีความภาพโดยใช้ STEM

จอแสดงผลและเครื่องตรวจจับ

ปัจจัยสำคัญเมื่อพิจารณาการตรวจจับอิเล็กตรอนรวมถึงประสิทธิภาพนักสืบควอนตัม (DQE) , ฟังก์ชั่นการแพร่กระจายจุด (PSF) , ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนการปรับ (MTF)ขนาดพิกเซลและขนาดอาร์เรย์เสียงข้อมูลอ่านข้อมูลความเร็วและความแข็งรังสี [25]

ระบบถ่ายภาพใน TEM ประกอบด้วยหน้าจอฟอสเฟอร์ซึ่งอาจทำจากสังกะสีซัลไฟด์ที่มีอนุภาคละเอียด (10–100 μm) เพื่อการสังเกตโดยตรงโดยผู้ปฏิบัติงานและระบบบันทึกภาพเช่นฟิล์มถ่ายภาพก็ได้[26]หน้าจอYAG ที่เจือด้วยCCDs, [27]หรือเครื่องตรวจจับดิจิตอลอื่น ๆ [25]โดยปกติผู้ปฏิบัติงานสามารถถอดหรือใส่อุปกรณ์เหล่านี้ลงในเส้นทางลำแสงได้ตามต้องการแม้ว่าฟิล์มภาพถ่ายสามารถบันทึกข้อมูลความละเอียดสูงได้ แต่ก็ไม่ง่ายที่จะทำให้เป็นอัตโนมัติและไม่สามารถดูผลลัพธ์แบบเรียลไทม์ได้ รายงานแรกเกี่ยวกับการใช้เครื่องตรวจจับCharge-Coupled Device (CCD)สำหรับ TEM คือในปี 1982 [28]แต่เทคโนโลยีนี้ไม่พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายจนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษ 1990 / ต้นปี 2000 [29]เซ็นเซอร์พิกเซลแบบแอคทีฟเสาหิน(MAPS) ถูกใช้ใน TEM ด้วย [30] เครื่องตรวจจับCMOSซึ่งเร็วกว่าและทนต่อความเสียหายจากรังสีได้ดีกว่า CCD ถูกนำมาใช้สำหรับ TEM ตั้งแต่ปี 2548 [31] [32]ในช่วงต้นปี 2010 การพัฒนาเทคโนโลยี CMOS เพิ่มเติมทำให้สามารถตรวจจับจำนวนอิเล็กตรอนเดี่ยวได้ ("โหมดการนับ") [33] [34]เหล่านี้ตรวจจับตรงอิเล็กตรอนที่มีอยู่จากGatan , FEIและตรงอิเลคตรอน [30]

แหล่งที่มาของอิเล็กตรอนของ TEM อยู่ที่ด้านบนโดยที่ระบบเลนส์ (4,7 และ 8) จะโฟกัสลำแสงไปที่ชิ้นงานแล้วฉายไปที่หน้าจอรับชม (10) ตัวควบคุมลำแสงอยู่ทางด้านขวา (13 และ 14)

TEM ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างซึ่งรวมถึงระบบสูญญากาศที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่แหล่งกำเนิดการปล่อยอิเล็กตรอนเพื่อสร้างกระแสอิเล็กตรอนชุดเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าและแผ่นไฟฟ้าสถิต สองตัวหลังช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถนำทางและปรับแต่งลำแสงได้ตามต้องการ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพื่อให้สามารถแทรกเข้าไปในการเคลื่อนที่ภายในและนำชิ้นงานออกจากเส้นทางลำแสง ต่อมาอุปกรณ์ถ่ายภาพจะถูกใช้เพื่อสร้างภาพจากอิเล็กตรอนที่ออกจากระบบ

ระบบสุญญากาศ

เพื่อเพิ่มอิสระหมายความว่าเส้นทางของการปฏิสัมพันธ์ก๊าซอิเล็กตรอนเป็น TEM มาตรฐานจะอพยพไปแรงกดดันต่ำโดยปกติในการสั่งซื้อ 10 -4 ป่า [35]ความต้องการนี้มีสองเท่า: อันดับแรกค่าเผื่อสำหรับความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างแคโทดและพื้นดินโดยไม่สร้างส่วนโค้งและประการที่สองเพื่อลดความถี่ในการชนกันของอิเล็กตรอนกับอะตอมของก๊าซให้อยู่ในระดับเล็กน้อย - ผลกระทบนี้มีลักษณะโดยอิสระหมายความว่าเส้นทาง ต้องใส่หรือเปลี่ยนชิ้นส่วน TEM เช่นตัวยึดชิ้นงานและตลับฟิล์มเป็นประจำโดยต้องใช้ระบบที่มีความสามารถในการอพยพซ้ำเป็นประจำ ด้วยเหตุนี้ TEM จึงมีระบบสูบน้ำและสายการบินหลายระบบและไม่ได้ปิดผนึกสูญญากาศอย่างถาวร

ระบบสูญญากาศสำหรับการอพยพ TEM ไปยังระดับแรงดันใช้งานประกอบด้วยหลายขั้นตอน ในขั้นต้นเครื่องดูดฝุ่นที่มีความหยาบต่ำหรือหยาบสามารถทำได้โดยใช้ปั๊มใบพัดหมุนหรือปั๊มไดอะแฟรมที่มีแรงดันต่ำเพียงพอเพื่อให้การทำงานของปั๊มโมเลกุลเทอร์โบหรือปั๊มกระจายมีระดับสุญญากาศสูงที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน เพื่อให้ปั๊มสูญญากาศต่ำไม่ต้องการการทำงานต่อเนื่องในขณะที่ใช้ปั๊มโมเลกุลเทอร์โบอย่างต่อเนื่องด้านสุญญากาศของปั๊มแรงดันต่ำอาจเชื่อมต่อกับห้องที่รองรับก๊าซไอเสียจากปั๊มโมเลกุลเทอร์โบ [36]ส่วนต่างๆของ TEM อาจแยกได้โดยการใช้รูรับแสงจำกัดความดันเพื่อให้มีระดับสุญญากาศที่แตกต่างกันในพื้นที่เฉพาะเช่นสุญญากาศที่สูงกว่า 10 −4ถึง 10 −7 Pa หรือสูงกว่าในปืนอิเล็กตรอนในระดับสูง TEMs ความละเอียดหรือการปล่อยสนาม

TEM แรงดันสูงต้องใช้เครื่องดูดฝุ่นสูงพิเศษในช่วง 10 −7ถึง 10 −9 Pa เพื่อป้องกันการเกิดอาร์กไฟฟ้าโดยเฉพาะที่ขั้วลบ TEM [37]ด้วยเหตุนี้สำหรับ TEM ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าระบบสุญญากาศที่สามอาจทำงานได้โดยปืนที่แยกออกจากห้องหลักไม่ว่าจะด้วยวาล์วประตูหรือรูรับแสงที่แตกต่างกันซึ่งเป็นรูเล็ก ๆ ที่ป้องกันการแพร่กระจายของโมเลกุลของก๊าซไปยังพื้นที่ปืนสุญญากาศ เร็วเกินกว่าที่จะสูบออกได้ สำหรับแรงกดดันที่ต่ำมากเหล่านี้ทั้งปั๊มไอออนหรือทะเยอทะยานวัสดุที่ถูกนำมาใช้

สูญญากาศที่ไม่ดีใน TEM อาจทำให้เกิดปัญหาหลายอย่างตั้งแต่การสะสมของก๊าซภายใน TEM ไปยังชิ้นงานในขณะที่ดูในกระบวนการที่เรียกว่าลำแสงอิเล็กตรอนทำให้เกิดการทับถมไปจนถึงความเสียหายของแคโทดที่รุนแรงมากขึ้นซึ่งเกิดจากการปล่อยกระแสไฟฟ้า [37]การใช้ดักเย็นเพื่อดูดซับก๊าซระเหยในบริเวณใกล้เคียงของชิ้นส่วนใหญ่ช่วยขจัดปัญหาสูญญากาศที่เกิดจากชิ้นงานระเหิด [36]

ขั้นตอนตัวอย่าง

ตัวอย่าง TEM รองรับตาข่าย "กริด" พร้อม ส่วน ultramicrotomy

TEM ตัวอย่างการออกแบบขั้นตอน ได้แก่airlocksเพื่อให้การแทรกซึมของผู้ถือตัวอย่างลงในสูญญากาศที่มีการสูญเสียน้อยที่สุดของเครื่องดูดฝุ่นในพื้นที่อื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์ ผู้ถือชิ้นงานมีขนาดมาตรฐานของตารางตัวอย่างหรือชิ้นงานที่รองรับตัวเอง ขนาดตะแกรงมาตรฐาน TEM คือเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.05 มม. โดยมีความหนาและขนาดตาข่ายตั้งแต่ไม่กี่ถึง 100 μm วางตัวอย่างลงบนพื้นที่ตาข่ายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.5 มม. วัสดุกริดปกติ ได้แก่ ทองแดงโมลิบดีนัมทองหรือทองคำขาว กริดนี้ถูกวางไว้ในที่ยึดตัวอย่างซึ่งจับคู่กับขั้นตอนของชิ้นงานทดสอบ มีการออกแบบขั้นตอนและตัวยึดที่หลากหลายขึ้นอยู่กับประเภทของการทดลองที่ดำเนินการ นอกจากกริด 3.05 มม. แล้วบางครั้งก็ใช้กริด 2.3 มม. กริดเหล่านี้ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาวิทยาศาสตร์แร่ซึ่งจำเป็นต้องมีระดับความเอียงมากและในกรณีที่วัสดุตัวอย่างอาจหายากมาก ตัวอย่างโปร่งใสของอิเล็กตรอนมักมีความหนาน้อยกว่า 100 นาโนเมตร แต่ค่านี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่เร่ง

เมื่อใส่ลงใน TEM แล้วจะต้องปรับเปลี่ยนตัวอย่างเพื่อหาพื้นที่ที่สนใจของลำแสงเช่นในการเลี้ยวเบนของเกรนเดี่ยวในแนวที่เฉพาะเจาะจง เพื่อรองรับสิ่งนี้เวที TEM อนุญาตให้มีการเคลื่อนที่ของตัวอย่างในระนาบ XY การปรับความสูง Z และโดยทั่วไปจะมีทิศทางการเอียงเดียวขนานกับแกนของตัวยึดทางเข้าด้านข้าง การหมุนตัวอย่างอาจใช้ได้กับตัวยึดและระยะการเลี้ยวเบนเฉพาะ TEM สมัยใหม่บางรุ่นมีความสามารถในการเคลื่อนย้ายมุมเอียงสองมุมด้วยการออกแบบตัวยึดแบบพิเศษที่เรียกว่าตัวยึดตัวอย่างแบบเอียงสองชั้น การออกแบบขั้นตอนบางอย่างเช่นขั้นตอนการเข้าสู่ด้านบนหรือขั้นตอนการแทรกแนวตั้งซึ่งเคยใช้กันทั่วไปสำหรับการศึกษา TEM ความละเอียดสูงอาจมีเฉพาะการแปล XY เท่านั้น เกณฑ์การออกแบบของขั้นตอน TEM มีความซับซ้อนเนื่องจากข้อกำหนดทางกลและอิเล็กตรอน - ออปติคอลพร้อมกันและมีแบบจำลองเฉพาะสำหรับวิธีการต่างๆ

ขั้นตอน TEM จำเป็นต้องมีความสามารถในการจับชิ้นงานและถูกปรับเปลี่ยนเพื่อนำพื้นที่ที่สนใจเข้าสู่เส้นทางของลำแสงอิเล็กตรอน เนื่องจาก TEM สามารถทำงานได้ในช่วงขยายที่หลากหลายเวทีจึงต้องทนต่อการดริฟท์เชิงกลได้สูงในเวลาเดียวกันโดยมีข้อกำหนดในการดริฟท์ที่ต่ำเพียงไม่กี่นาโนเมตร / นาทีในขณะที่สามารถเคลื่อนที่ได้หลายไมครอน / นาทีด้วยความแม่นยำในการจัดตำแหน่งใหม่ตามลำดับ ของนาโนเมตร [38]การออกแบบ TEM ก่อนหน้านี้ทำได้สำเร็จด้วยชุดอุปกรณ์ลดเกียร์เชิงกลที่ซับซ้อนทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวของเวทีได้อย่างประณีตโดยใช้แท่งหมุนหลายอัน อุปกรณ์โมเดิร์นอาจจะใช้การออกแบบขั้นตอนการไฟฟ้าโดยใช้สกรูอัตราส่วนหนี้สินต่อทุนในคอนเสิร์ตกับมอเตอร์ stepperให้ผู้ประกอบการที่มีคอมพิวเตอร์ที่ใช้การป้อนข้อมูลขั้นตอนเช่นจอยสติ๊กหรือแทร็คบอล

การออกแบบหลักสองแบบสำหรับขั้นตอนใน TEM มีอยู่คือรายการด้านข้างและเวอร์ชันรายการด้านบน [27]การออกแบบแต่ละชิ้นต้องรองรับตัวยึดที่ตรงกันเพื่อให้สามารถใส่ชิ้นงานได้โดยไม่ทำลายเลนส์ TEM ที่บอบบางหรือปล่อยให้ก๊าซเข้าสู่ระบบ TEM ภายใต้สุญญากาศ

แผนภาพของตัวยึดตัวอย่างแบบเอียงแกนเดียวสำหรับใส่ใน TEM goniometer การเอียงที่ยึดทำได้โดยการหมุนของโกนิออมิเตอร์ทั้งหมด

ที่พบมากที่สุดคือตัวยึดทางเข้าด้านข้างซึ่งชิ้นงานวางอยู่ใกล้กับปลายของแท่งโลหะยาว (ทองเหลืองหรือสแตนเลส) โดยวางชิ้นงานให้แบนในรูขนาดเล็ก ตามแนวแกนจะมีวงแหวนสูญญากาศโพลีเมอร์หลายอันเพื่อให้สามารถสร้างซีลสูญญากาศที่มีคุณภาพเพียงพอเมื่อใส่เข้าไปในเวที ดังนั้นเวทีจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับแกนโดยวางตัวอย่างไว้ระหว่างหรือใกล้เลนส์ใกล้วัตถุขึ้นอยู่กับการออกแบบวัตถุประสงค์ เมื่อใส่เข้าไปในเวทีตัวยึดทางเข้าด้านข้างจะมีปลายอยู่ภายในสูญญากาศ TEM และฐานจะถูกนำเสนอสู่ชั้นบรรยากาศล็อกที่เกิดจากวงแหวนสูญญากาศ

ขั้นตอนการใส่สำหรับตัวยึด TEM แบบเข้าด้านข้างมักจะเกี่ยวข้องกับการหมุนของตัวอย่างเพื่อทริกเกอร์ไมโครสวิทช์ที่เริ่มการอพยพของล็อกล็อกก่อนที่ตัวอย่างจะถูกแทรกลงในคอลัมน์ TEM

การออกแบบที่สองคือตัวยึดทางเข้าด้านบนประกอบด้วยตลับหมึกที่มีความยาวหลายซม. โดยมีรูเจาะลงไปที่แกนตลับหมึก ตัวอย่างจะถูกบรรจุลงในรูเจาะโดยอาจใช้แหวนเกลียวขนาดเล็กเพื่อยึดตัวอย่างให้เข้าที่ คาร์ทริดจ์นี้ถูกใส่เข้าไปในล็อกโดยให้รูตั้งฉากกับแกนออปติก TEM เมื่อปิดผนึกล็อกล็อกจะถูกจัดการเพื่อดันคาร์ทริดจ์เพื่อให้คาร์ทริดจ์เข้าที่โดยที่รูเจาะจะอยู่ในแนวเดียวกับแกนลำแสงเพื่อให้ลำแสงเคลื่อนที่ไปตามรูตลับหมึกและเข้าไปในชิ้นงานทดสอบ โดยทั่วไปแล้วการออกแบบดังกล่าวจะไม่สามารถเอียงได้โดยไม่ขวางเส้นทางลำแสงหรือรบกวนเลนส์ใกล้วัตถุ [27]

ปืนอิเล็กตรอน

แผนภาพหน้าตัดของชุดปืนอิเล็กตรอนแสดงการสกัดอิเล็กตรอน

ปืนอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นจากส่วนประกอบหลายอย่าง: ไส้หลอดวงจรการให้น้ำหนักฝาปิด Wehnelt และขั้วบวกสกัด การเชื่อมต่อฟิลาเมนต์เข้ากับแหล่งจ่ายไฟของส่วนประกอบเชิงลบทำให้อิเล็กตรอนสามารถ "สูบ" จากปืนอิเล็กตรอนไปยังแผ่นแอโนดและคอลัมน์ TEM ได้จึงทำให้วงจรเสร็จสมบูรณ์ ปืนได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างลำแสงอิเล็กตรอนที่ออกจากการประกอบในมุมที่กำหนดหรือที่เรียกว่าปืนกึ่งมุมไดเวอร์เจนซ์α ด้วยการสร้างกระบอกสูบ Wehnelt ให้มีประจุลบสูงกว่าไส้หลอดทำให้อิเล็กตรอนที่ออกจากไส้หลอดในลักษณะที่แตกต่างกันจะถูกบังคับให้อยู่ในรูปแบบการบรรจบกันซึ่งมีขนาดต่ำสุดคือเส้นผ่านศูนย์กลางของปืนครอสโอเวอร์

ความหนาแน่นกระแสของการแผ่รังสีความร้อนJสามารถเกี่ยวข้องกับฟังก์ชั่นการทำงานของวัสดุที่ปล่อยออกมาผ่านกฎของริชาร์ดสัน

โดยที่Aคือค่าคงที่ของริชาร์ดสัน Φคือฟังก์ชันการทำงานและ T คืออุณหภูมิของวัสดุ [27]

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าเพื่อให้ได้ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าเพียงพอจำเป็นต้องให้ความร้อนแก่ตัวปล่อยระวังอย่าให้เกิดความเสียหายจากการใช้ความร้อนมากเกินไป ด้วยเหตุนี้วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงเช่นทังสเตนหรือวัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำ (LaB 6 ) จึงจำเป็นสำหรับไส้ปืน [39]นอกจากนี้แหล่งกำเนิดเทอร์มิโอนิกแลนทานัมและทังสเตนทั้งสองต้องได้รับความร้อนเพื่อให้เกิดการคายความร้อนซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้แถบตัวต้านทานขนาดเล็ก เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนช็อกมักจะมีการหน่วงเวลาการบังคับใช้ในการประยุกต์ใช้ในปัจจุบันถึงปลายเพื่อป้องกันการไล่ระดับความร้อนจากการทำลายเส้นใยล่าช้ามักจะไม่กี่วินาทีสำหรับห้องปฏิบัติการ6และมีความหมายที่ต่ำกว่าสำหรับทังสเตน[ ต้องการอ้างอิง ]

เลนส์อิเล็กตรอน

แผนผังของเลนส์ออกแบบชิ้นส่วนขั้ว TEM

เลนส์อิเล็กตรอนได้รับการออกแบบมาเพื่อเลียนแบบเลนส์ออพติคอลโดยโฟกัสอิเล็กตรอนคู่ขนานที่ระยะโฟกัสคงที่ เลนส์อิเล็กตรอนอาจทำงานด้วยไฟฟ้าสถิตหรือแม่เหล็ก ส่วนใหญ่ของเลนส์อิเล็กตรอนสำหรับ TEM ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าขดลวดเพื่อสร้างเลนส์นูน ข้อมูลที่ผลิตสำหรับเลนส์จะต้องสมมาตรเรดิเช่นการเบี่ยงเบนจากความสมมาตรรัศมีของเลนส์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดความผิดปกติเช่นสายตาเอียงและเลวร้ายทรงกลมและสีปกติ เลนส์อิเล็กตรอนเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากเหล็กโคบอลต์หรือนิกเกิลโคบอลต์ผสม[40]เช่นpermalloy เหล่านี้จะถูกเลือกสำหรับคุณสมบัติของแม่เหล็กของพวกเขาเช่นอิ่มตัวแม่เหล็ก , hysteresisและการซึมผ่าน

ส่วนประกอบรวมถึงแอกขดลวดแม่เหล็กขั้วเสาและวงจรควบคุมภายนอก ชิ้นส่วนเสาจะต้องผลิตในลักษณะที่สมมาตรมากเนื่องจากเป็นเงื่อนไขขอบเขตสำหรับสนามแม่เหล็กที่สร้างเลนส์ ความไม่สมบูรณ์ในการผลิตชิ้นส่วนขั้วสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างรุนแรงในสมมาตรของสนามแม่เหล็กซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือนซึ่งจะจำกัดความสามารถของเลนส์ในการสร้างระนาบวัตถุในที่สุด ขนาดที่แน่นอนของช่องว่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของชิ้นส่วนเสาและความเรียวตลอดจนการออกแบบโดยรวมของเลนส์มักดำเนินการโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัดของสนามแม่เหล็กในขณะที่พิจารณาข้อ จำกัด ด้านความร้อนและไฟฟ้าของการออกแบบ [40]

ขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กอยู่ภายในแอกของเลนส์ ขดลวดอาจมีกระแสไฟฟ้าผันแปรได้ แต่โดยทั่วไปจะใช้แรงดันไฟฟ้าสูงดังนั้นจึงต้องมีฉนวนที่สำคัญเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบของเลนส์ลัดวงจร ตัวกระจายความร้อนถูกวางไว้เพื่อให้แน่ใจว่าการสกัดความร้อนที่เกิดจากพลังงานที่สูญเสียไปกับความต้านทานของขดลวดขดลวด ขดลวดอาจระบายความร้อนด้วยน้ำโดยใช้น้ำเย็นเพื่อช่วยในการกำจัดหน้าที่ระบายความร้อนสูง

รูรับแสง

ช่องรับแสงเป็นแผ่นโลหะรูปวงแหวนซึ่งอาจไม่รวมอิเล็กตรอนที่อยู่ไกลกว่าระยะทางคงที่จากแกนออปติก สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยแผ่นโลหะขนาดเล็กที่มีความหนาเพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนผ่านแผ่นดิสก์ในขณะที่อนุญาตให้อิเล็กตรอนตามแนวแกน การอนุญาตให้อิเล็กตรอนกลางใน TEM ทำให้เกิดผลกระทบสองอย่างพร้อมกันประการแรกรูรับแสงจะลดความเข้มของลำแสงเนื่องจากอิเล็กตรอนถูกกรองออกจากลำแสงซึ่งอาจต้องการในกรณีของตัวอย่างที่ไวต่อลำแสง ประการที่สองการกรองนี้จะกำจัดอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายไปยังมุมสูงซึ่งอาจเกิดจากกระบวนการที่ไม่ต้องการเช่นความคลาดทรงกลมหรือสีหรือเนื่องจากการเลี้ยวเบนจากปฏิสัมพันธ์ภายในตัวอย่าง [41]

รูรับแสงเป็นรูรับแสงคงที่ภายในคอลัมน์เช่นที่เลนส์คอนเดนเซอร์หรือเป็นรูรับแสงที่เคลื่อนย้ายได้ซึ่งสามารถใส่หรือถอนออกจากเส้นทางลำแสงหรือเคลื่อนไปในระนาบตั้งฉากกับเส้นทางลำแสง ส่วนประกอบรูรับแสงเป็นอุปกรณ์เชิงกลที่อนุญาตให้เลือกขนาดรูรับแสงที่แตกต่างกันซึ่งผู้ปฏิบัติงานอาจใช้เพื่อลดความเข้มและเอฟเฟกต์การกรองของรูรับแสง ชุดรูรับแสงมักจะติดตั้งไมโครมิเตอร์เพื่อเลื่อนรูรับแสงซึ่งจำเป็นในระหว่างการปรับเทียบออปติคอล

วิธีการถ่ายภาพใน TEM ใช้ข้อมูลที่มีอยู่ในคลื่นอิเล็กตรอนที่ออกจากตัวอย่างเพื่อสร้างภาพ เลนส์ของโปรเจ็กเตอร์ช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งที่ถูกต้องของการกระจายคลื่นอิเล็กตรอนนี้ไปยังระบบรับชมได้ ความเข้มที่สังเกตได้Iของภาพโดยสมมติว่าอุปกรณ์ถ่ายภาพมีคุณภาพสูงเพียงพอสามารถประมาณได้ตามสัดส่วนกับค่าสัมบูรณ์กำลังสองที่เฉลี่ยตามเวลาของแอมพลิจูดของคลื่นอิเล็กตรอนโดยที่คลื่นที่ก่อตัวเป็นลำแสงออกจะแสดงด้วย Ψ. [42]

วิธีการถ่ายภาพที่แตกต่างกันจึงพยายามแก้ไขคลื่นอิเล็กตรอนที่ออกจากตัวอย่างด้วยวิธีที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่างหรือลำแสงนั้นเอง จากสมการก่อนหน้านี้สามารถอนุมานได้ว่าภาพที่สังเกตได้ไม่เพียงขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของลำแสงเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเฟสของอิเล็กตรอนด้วย[ ต้องการคำชี้แจง ]แม้ว่าเอฟเฟกต์เฟสมักจะถูกละเลยที่กำลังขยายต่ำกว่า การถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงต้องใช้ตัวอย่างที่บางกว่าและพลังงานที่สูงกว่าของอิเล็กตรอนที่ตกกระทบซึ่งหมายความว่าตัวอย่างนั้นไม่สามารถพิจารณาว่าดูดซับอิเล็กตรอนได้อีกต่อไป (กล่าวคือผ่านผลของกฎของเบียร์) แต่สามารถจำลองตัวอย่างเป็นวัตถุที่ไม่เปลี่ยนแอมพลิจูดของฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนที่เข้ามา แต่จะปรับเปลี่ยนเฟสของคลื่นที่เข้ามาแทน ในแบบจำลองนี้ตัวอย่างเรียกว่าวัตถุเฟสบริสุทธิ์ สำหรับชิ้นงานที่มีความบางเพียงพอเฟสเอฟเฟกต์จะมีอิทธิพลเหนือภาพทำให้วิเคราะห์ความเข้มที่สังเกตได้ [42]เพื่อปรับปรุงความคมชัดในภาพ TEM อาจทำงานที่พร่ามัวเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความเปรียบต่างเนื่องจากการปรับความคมชัดโดยฟังก์ชั่นการถ่ายโอนความเปรียบต่างของ TEM [43]ซึ่งโดยปกติจะลดความเปรียบต่างหากตัวอย่างไม่ใช่ วัตถุเฟสที่อ่อนแอ

มุมมองแผนผังของโหมดการถ่ายภาพและการเลี้ยวเบนใน TEM

รูปด้านขวาแสดงโหมดการทำงานพื้นฐานสองโหมดของ TEM - โหมดถ่ายภาพและโหมดการเลี้ยวเบน ในทั้งสองกรณีชิ้นงานจะส่องสว่างด้วยลำแสงขนานซึ่งเกิดจากลำแสงอิเล็กตรอนที่สร้างด้วยระบบคอนเดนเซอร์เลนส์และรูรับแสงคอนเดนเซอร์ หลังจากมีปฏิสัมพันธ์กับตัวอย่างบนพื้นผิวทางออกของตัวอย่างมีอิเล็กตรอนสองประเภท - ไม่มีการกระจัดกระจาย (ซึ่งจะสอดคล้องกับลำแสงกลางที่สว่างบนรูปแบบการเลี้ยวเบน) และอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจาย (ซึ่งเปลี่ยนวิถีเนื่องจากปฏิสัมพันธ์กับวัสดุ)

ในโหมดถ่ายภาพช่องรับแสงวัตถุประสงค์จะถูกใส่ไว้ในระนาบโฟกัสด้านหลัง (BFP) ของเลนส์ใกล้วัตถุ (ซึ่งเกิดจุดเลี้ยวเบน) หากใช้รูรับแสงวัตถุประสงค์เพื่อเลือกเฉพาะลำแสงกลางอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านจะถูกส่งผ่านรูรับแสงในขณะที่ตัวอื่นทั้งหมดถูกปิดกั้นและจะได้ภาพฟิลด์สว่าง (ภาพ BF) หากเรายอมให้สัญญาณจากลำแสงที่หักเหจะได้รับภาพฟิลด์มืด (ภาพ DF) สัญญาณที่เลือกจะขยายและฉายบนหน้าจอ (หรือบนกล้อง) โดยใช้เลนส์ระดับกลางและโปรเจ็กเตอร์ จึงได้ภาพตัวอย่าง

ในโหมดการกระจายแสงอาจใช้รูรับแสงของพื้นที่ที่เลือกเพื่อกำหนดพื้นที่ตัวอย่างที่จะแสดงสัญญาณได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ด้วยการเปลี่ยนความแรงของกระแสเป็นเลนส์ระดับกลางรูปแบบการเลี้ยวเบนจะถูกฉายบนหน้าจอ การเลี้ยวเบนเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังมากสำหรับการสร้างเซลล์ใหม่และการกำหนดทิศทางของคริสตัล

การสร้างคอนทราสต์

ความเปรียบต่างระหว่างพื้นที่ติดกันสองพื้นที่ในภาพ TEM สามารถกำหนดได้ว่าเป็นความแตกต่างของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในระนาบภาพ เนื่องจากการกระจัดกระจายของลำแสงตกกระทบโดยตัวอย่างแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นอิเล็กตรอนจึงเปลี่ยนไปซึ่งส่งผลให้คอนทราสต์แอมพลิจูดและคอนทราสเฟสสอดคล้องกัน ภาพส่วนใหญ่มีทั้งองค์ประกอบความคมชัด

แอมพลิจูด - คอนทราสต์ได้มาจากการกำจัดอิเล็กตรอนบางส่วนก่อนระนาบภาพ ในระหว่างที่มันมีปฏิสัมพันธ์กับตัวอย่างอิเล็กตรอนบางส่วนจะสูญเสียไปเนื่องจากการดูดซึมหรือเนื่องจากการกระจัดกระจายในมุมที่สูงมากจนเกินข้อ จำกัด ทางกายภาพของกล้องจุลทรรศน์หรือถูกปิดกั้นโดยรูรับแสงวัตถุประสงค์ ในขณะที่การสูญเสียสองครั้งแรกเกิดจากการสร้างชิ้นงานและกล้องจุลทรรศน์ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้รูรับแสงวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มความคมชัดได้

การสาธิตความเปรียบต่าง BF และ DF ภาพ TEM ของฟิล์ม Pt polycrystalline

รูปด้านขวาแสดงภาพ TEM (a) และรูปแบบการเลี้ยวเบนที่สอดคล้องกัน (b) ของฟิล์มโพลีคาร์บอเนต Pt ที่ถ่ายโดยไม่มีรูรับแสงตามวัตถุประสงค์ เพื่อเพิ่มความคมชัดในภาพ TEM ควรลดจำนวนลำแสงที่กระจัดกระจายตามที่เห็นในรูปแบบการเลี้ยวเบน ซึ่งสามารถทำได้โดยการเลือกพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งในระนาบโฟกัสด้านหลังเช่นเฉพาะลำแสงกลางหรือลำแสงหักเหเฉพาะ (มุม) หรือการรวมกันของคานดังกล่าว โดยการตั้งใจเลือกรูรับแสงวัตถุประสงค์ซึ่งอนุญาตให้เฉพาะลำแสงที่ไม่หักเหแสงผ่านพ้นระนาบโฟกัสด้านหลัง (และไปยังระนาบภาพ): หนึ่งสร้างภาพ Bright-Field (BF) (c) ในขณะที่ถ้าอยู่ตรงกลางไม่ใช่ - ลำแสงที่หักเหถูกบล็อก: อาจได้รับภาพ Dark-Field (DF) เช่นที่แสดงใน (de) ภาพ DF (de) ได้มาจากการเลือกลำแสงที่หักเหที่ระบุในรูปแบบการเลี้ยวเบนด้วยวงกลม (b) โดยใช้รูรับแสงที่ระนาบโฟกัสด้านหลัง ธัญพืชที่อิเล็กตรอนกระจัดกระจายไปยังจุดเลี้ยวเบนเหล่านี้จะสว่างขึ้น รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างคอนทราสต์การเลี้ยวเบนจะได้รับเพิ่มเติม

คอนทราสต์แอมพลิจูดมีสองประเภท ได้แก่ ความหนาของมวลและความเปรียบต่างการเลี้ยวเบน อันดับแรกให้พิจารณาความคมชัดมวลหนา เมื่อลำแสงส่องสว่างบริเวณใกล้เคียงสองแห่งที่มีมวลน้อย (หรือความหนา) และมวลสูง (หรือความหนา) บริเวณที่หนักกว่าจะกระจายอิเล็กตรอนในมุมที่ใหญ่กว่า อิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายอย่างรุนแรงเหล่านี้ถูกปิดกั้นในโหมด BF TEM โดยรูรับแสงวัตถุประสงค์ เป็นผลให้พื้นที่ที่หนักกว่าปรากฏเป็นสีเข้มขึ้นในภาพ BF (มีความเข้มต่ำ) ความเปรียบต่างของความหนาของมวลเป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับวัสดุที่ไม่เป็นผลึกและไม่มีรูปร่าง

ความเปรียบต่างจากการเลี้ยวเบนเกิดขึ้นเนื่องจากการวางแนวผลึกเฉพาะของเมล็ดพืช ในกรณีเช่นนี้คริสตัลจะอยู่ในสภาพที่เรียกว่าแบร็กก์โดยระนาบอะตอมจะเน้นไปในลักษณะที่มีโอกาสกระจายสูง ดังนั้นคอนทราสต์การเลี้ยวเบนจึงให้ข้อมูลเกี่ยวกับการวางแนวของผลึกในตัวอย่างโพลีคริสตัลไลน์ โปรดทราบว่าในกรณีที่มีความเปรียบต่างของการเลี้ยวเบนความคมชัดไม่สามารถตีความได้ว่าเนื่องมาจากมวลหรือความหนาที่เปลี่ยนแปลงไป

ความคมชัดของการเลี้ยวเบน

การส่งผ่านบอร์ดอิเล็กตรอนของ ความคลาดเคลื่อนในเหล็กซึ่งเป็นความผิดพลาดในโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลในระดับอะตอม

ตัวอย่างสามารถแสดงความคมชัดเลนส์โดยลำแสงอิเล็กตรอนผ่านแบรกก์กระเจิงซึ่งในกรณีของตัวอย่างผลึกอิเล็กตรอน disperses เข้าไปในสถานที่ที่ไม่ต่อเนื่องในระนาบโฟกัสกลับ โดยการจัดวางรูรับแสงในระนาบโฟกัสด้านหลังเช่นรูรับแสงวัตถุประสงค์สามารถเลือกการสะท้อนของ Bragg ที่ต้องการได้ (หรือยกเว้น) ดังนั้นเฉพาะบางส่วนของตัวอย่างที่ทำให้อิเล็กตรอนกระจัดกระจายไปยังการสะท้อนที่เลือกไว้เท่านั้นจึงจะฉายลงบน เครื่องถ่ายภาพ

หากการสะท้อนที่เลือกไม่มีลำแสงที่ไม่กระจาย (ซึ่งจะปรากฏขึ้นที่จุดโฟกัสของเลนส์) ภาพจะดูมืดทุกที่ที่ไม่มีตัวอย่างกระจายไปยังจุดสูงสุดที่เลือกไว้เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวไม่มีชิ้นงานทดสอบ จะปรากฏเป็นสีเข้ม ซึ่งเรียกว่าภาพในพื้นที่มืด

TEM สมัยใหม่มักจะติดตั้งตัวยึดชิ้นงานที่อนุญาตให้ผู้ใช้เอียงชิ้นงานไปยังช่วงของมุมต่างๆเพื่อให้ได้เงื่อนไขการเลี้ยวเบนที่เฉพาะเจาะจงและรูรับแสงที่วางอยู่เหนือชิ้นงานช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกอิเล็กตรอนที่จะหักเหไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง จากการป้อนชิ้นงาน

การประยุกต์ใช้วิธีนี้รวมถึงการระบุข้อบกพร่องขัดแตะในผลึก ด้วยการเลือกทิศทางของตัวอย่างอย่างรอบคอบจึงเป็นไปได้ไม่เพียง แต่กำหนดตำแหน่งของข้อบกพร่อง แต่ยังสามารถกำหนดประเภทของข้อบกพร่องที่มีอยู่ได้ด้วย หากวางแนวตัวอย่างเพื่อให้ระนาบใดระนาบหนึ่งเอียงออกไปเพียงเล็กน้อยจากมุมการเลี้ยวเบนที่แข็งแกร่งที่สุด (เรียกว่ามุมแบรกก์ ) การบิดเบือนใด ๆ ของระนาบคริสตัลที่เอียงระนาบไปยังมุมแบร็กในพื้นที่จะทำให้เกิดรูปแบบคอนทราสต์ที่รุนแรงเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องที่สร้างเฉพาะการกระจัดของอะตอมที่ไม่เอียงคริสตัลไปที่มุม Bragg (เช่นการกระจัดขนานกับระนาบคริสตัล) จะไม่สร้างความเปรียบต่างที่รุนแรง [44]

ความคมชัดของเฟส

โครงสร้างผลึกนอกจากนี้ยังสามารถตรวจสอบโดยละเอียดสูงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (HRTEM) ยังเป็นที่รู้จักกันในนามคมชัดเฟส เมื่อใช้แหล่งกำเนิดการแผ่รังสีภาคสนามและตัวอย่างที่มีความหนาสม่ำเสมอภาพจะเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของเฟสของคลื่นอิเล็กตรอนซึ่งเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของชิ้นงานทดสอบ [43]การสร้างภาพเกิดจากโมดูลัสเชิงซ้อนของลำแสงอิเล็กตรอนที่เข้ามา ด้วยเหตุนี้ภาพจึงไม่เพียงขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่มากระทบหน้าจอทำให้การตีความภาพคอนทราสต์เฟสมีความซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตามเอฟเฟกต์นี้สามารถใช้เพื่อประโยชน์ได้เนื่องจากสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวอย่างเช่นในเทคนิคการดึงเฟสที่ซับซ้อน

การเลี้ยวเบน

รูปแบบการเลี้ยวเบนของผลึกจากเหล็กกล้าออสเทนนิติก FCC

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้โดยการปรับเลนส์แม่เหล็กให้ระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์แทนที่จะวางระนาบภาพบนอุปกรณ์ถ่ายภาพจะสามารถสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนได้ สำหรับตัวอย่างผลึกบางนี้ผลิตภาพที่ประกอบด้วยรูปแบบของจุดในกรณีของผลึกเดี่ยวหรือชุดของแหวนในกรณีที่หนึ่งpolycrystallineหรือของแข็งอสัณฐานวัสดุ สำหรับกรณีผลึกเดี่ยวรูปแบบการเลี้ยวเบนจะขึ้นอยู่กับการวางแนวของชิ้นงานและโครงสร้างของตัวอย่างที่ส่องสว่างด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ภาพนี้ให้ข้อมูลแก่ผู้ตรวจสอบเกี่ยวกับความสมมาตรของกลุ่มอวกาศในคริสตัลและการวางแนวของคริสตัลกับเส้นทางลำแสง โดยทั่วไปจะทำได้โดยไม่ต้องใช้ข้อมูลใด ๆ แต่เป็นตำแหน่งที่จุดเลี้ยวเบนปรากฏและความสมมาตรของภาพที่สังเกตได้

รูปแบบการเลี้ยวเบนสามารถมีช่วงไดนามิกขนาดใหญ่และสำหรับตัวอย่างผลึกอาจมีความเข้มมากกว่าที่ CCD บันทึกได้ ด้วยเหตุนี้ TEM อาจยังคงติดตั้งตลับฟิล์มเพื่อจุดประสงค์ในการรับภาพเหล่านี้เนื่องจากฟิล์มเป็นเครื่องตรวจจับแบบใช้ครั้งเดียว

เส้นคิคุจิคานบรรจบจากซิลิคอนใกล้กับแกนโซน [100]

การวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนนอกเหนือจากตำแหน่งจุดอาจมีความซับซ้อนเนื่องจากภาพมีความไวต่อปัจจัยหลายประการเช่นความหนาและการวางแนวของชิ้นงานการเบลอเลนส์ใกล้วัตถุและความคลาดทรงกลมและสี แม้ว่าการตีความเชิงปริมาณของความเปรียบต่างที่แสดงในภาพตาข่ายจะเป็นไปได้ แต่ก็มีความซับซ้อนโดยเนื้อแท้และอาจต้องใช้การจำลองและการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์มากมายเช่นการวิเคราะห์หลายข้อของอิเล็กตรอน [45]

พฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นในระนาบการเลี้ยวเบนยังเป็นไปได้ด้วยปรากฏการณ์ต่างๆเช่นเส้นคิคุจิที่เกิดจากการเลี้ยวเบนหลายจุดภายในโครงตาข่ายผลึก ในการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนแบบลำแสงคอนเวอร์เจนท์ (CBED) ซึ่งไม่ขนานกันเช่นการบรรจบกันหน้าคลื่นของอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นโดยการรวมลำแสงอิเล็กตรอนลงในหัววัดละเอียดที่พื้นผิวตัวอย่างปฏิสัมพันธ์ของลำแสงคอนเวอร์เจนสามารถให้ข้อมูลนอกเหนือจากข้อมูลโครงสร้างเช่นตัวอย่าง ความหนา.

สเปกโทรสโกปีการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอน (EELS)

การใช้เทคนิคขั้นสูงของสเปกโทรสโกปีการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอน (EELS) สำหรับ TEM ที่ติดตั้งอย่างเหมาะสมอิเล็กตรอนสามารถแยกออกเป็นสเปกตรัมตามความเร็วของพวกมัน (ซึ่งสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพลังงานจลน์ของพวกมันและทำให้สูญเสียพลังงานจากพลังงานลำแสง) โดยใช้อุปกรณ์ที่ใช้เซกเตอร์แม่เหล็กที่เรียกว่า EEL สเปกโตรมิเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้สามารถเลือกค่าพลังงานเฉพาะซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับวิธีที่อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์กับตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นองค์ประกอบที่แตกต่างกันในตัวอย่างส่งผลให้พลังงานอิเล็กตรอนในลำแสงหลังตัวอย่างแตกต่างกัน โดยปกติจะส่งผลให้เกิดความคลาดสี - อย่างไรก็ตามเอฟเฟกต์นี้สามารถใช้ในการสร้างภาพที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุโดยพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงของอะตอมในระหว่างปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน - อิเล็กตรอน [46]

เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ EELS สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดสเปกโตรสโกปีและโหมดถ่ายภาพทำให้สามารถแยกหรือปฏิเสธคานที่กระจัดกระจายแบบยืดหยุ่นได้ สำหรับภาพจำนวนมากการกระจายแบบไม่ยืดหยุ่นจะรวมข้อมูลที่ผู้วิจัยอาจไม่สนใจซึ่งอาจช่วยลดสัญญาณที่น่าสนใจที่สังเกตได้การถ่ายภาพ EELS สามารถใช้เพื่อเพิ่มความเปรียบต่างในภาพที่สังเกตได้ซึ่งรวมถึงฟิลด์สว่างและการเลี้ยวเบนโดยการปฏิเสธส่วนประกอบที่ไม่ต้องการ

การถ่ายภาพสามมิติ

ภาพ TEM สามมิติของ parapoxvirus [47]

เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วผู้ถือชิ้นงาน TEM จะอนุญาตให้มีการหมุนตัวอย่างตามมุมที่ต้องการจึงสามารถรับมุมมองหลายมุมของชิ้นงานเดียวกันได้โดยการหมุนมุมของตัวอย่างตามแกนที่ตั้งฉากกับลำแสง โดยการถ่ายภาพหลายภาพของตัวอย่าง TEM เดียวในมุมที่ต่างกันโดยปกติจะเพิ่มขึ้นทีละ 1 °จะสามารถรวบรวมชุดภาพที่เรียกว่า "ชุดการเอียง" ได้ วิธีการนี้ถูกนำเสนอในปี 1970 โดยวอลเตอร์ Hoppe ภายใต้สภาวะคอนทราสต์การดูดซับอย่างหมดจดชุดของภาพนี้สามารถใช้เพื่อสร้างการแสดงตัวอย่างสามมิติได้ [48]

การสร้างใหม่สามารถทำได้โดยกระบวนการสองขั้นตอนภาพแรกจะถูกจัดแนวเพื่ออธิบายข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งของตัวอย่าง ข้อผิดพลาดดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการสั่นสะเทือนหรือการเคลื่อนที่ของกลไก [49]วิธีการจัดตำแหน่งใช้อัลกอริธึมการลงทะเบียนรูปภาพเช่นวิธีการสัมพันธ์อัตโนมัติเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านี้ ประการที่สองโดยใช้อัลกอริธึมการสร้างใหม่เช่นการฉายภาพย้อนกลับที่กรองแล้วชิ้นส่วนภาพที่จัดแนวสามารถเปลี่ยนจากชุดของภาพสองมิติI j ( xy ) เป็นภาพสามมิติภาพเดียวI ' j ( xyz ) ภาพสามมิตินี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเมื่อจำเป็นต้องใช้ข้อมูลทางสัณฐานวิทยาการศึกษาเพิ่มเติมสามารถทำได้โดยใช้อัลกอริทึมคอมพิวเตอร์เช่นไอโซเซิร์ฟเฟซและการแบ่งส่วนข้อมูลเพื่อวิเคราะห์ข้อมูล

เนื่องจากโดยทั่วไปไม่สามารถดูตัวอย่าง TEM ได้ที่การหมุน 180 °โดยทั่วไปภาพที่สังเกตได้มักจะมีข้อมูล "หายไป" ซึ่งเมื่อใช้วิธีการฉายภาพย้อนกลับแบบฟูริเยร์จะลดช่วงความถี่ที่แก้ไขได้ในการสร้างใหม่สามมิติ [48]การปรับแต่งเชิงกลเช่นการเอียงหลายแกน (ชุดการเอียงสองชุดของชิ้นงานเดียวกันที่ทำในทิศทางมุมฉาก) และการตรวจเอกซเรย์ทรงกรวย (โดยที่ชิ้นงานจะเอียงไปยังมุมคงที่ที่กำหนดก่อนแล้วจึงถ่ายภาพด้วยการเพิ่มการหมุนเชิงมุมที่เท่ากันถึงหนึ่งครั้ง การหมุนที่สมบูรณ์ในระนาบของตารางตัวอย่าง) สามารถใช้เพื่อ จำกัด ผลกระทบของข้อมูลที่ขาดหายไปต่อสัณฐานวิทยาของชิ้นงานที่สังเกตได้ การใช้การกัดลำแสงไอออนแบบโฟกัสได้มีการเสนอเทคนิคใหม่[50]ซึ่งใช้ชิ้นงานที่มีรูปร่างคล้ายเสาและที่จับเอกซ์เรย์บนแกนโดยเฉพาะเพื่อทำการหมุนตัวอย่าง 180 °ภายในชิ้นส่วนขั้วของเลนส์ใกล้วัตถุใน TEM การใช้การเตรียมการดังกล่าวทำให้สามารถตรวจเอกซเรย์อิเล็กตรอนเชิงปริมาณโดยไม่มีลิ่มที่ขาดหายไปได้ [51]นอกจากนี้ยังมีเทคนิคเชิงตัวเลขที่สามารถปรับปรุงข้อมูลที่รวบรวมได้

วิธีการที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการบันทึกชุดการเอียงของฟิลด์ตัวอย่างที่กำหนด สิ่งนี้ย่อมส่งผลให้เกิดการรวมของอิเล็กตรอนที่มีปฏิกิริยาปริมาณสูงผ่านตัวอย่างและการทำลายรายละเอียดที่เกิดขึ้นในระหว่างการบันทึก ดังนั้นจึงมีการนำเทคนิคการถ่ายภาพขนาดต่ำ (ปริมาณน้อยที่สุด) มาใช้เป็นประจำเพื่อลดผลกระทบนี้ การถ่ายภาพในปริมาณต่ำจะดำเนินการโดยการเบี่ยงเบนความสว่างและพื้นที่การถ่ายภาพออกจากแกนแสงไปยังภาพบริเวณที่อยู่ติดกันกับพื้นที่ที่จะบันทึก (พื้นที่ขนาดสูง) บริเวณนี้จะอยู่ตรงกลางระหว่างการเอียงและปรับโฟกัสก่อนบันทึก ในระหว่างการบันทึกการเบี่ยงเบนจะถูกลบออกเพื่อให้พื้นที่ที่น่าสนใจสัมผัสกับลำแสงอิเล็กตรอนในช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับการถ่ายภาพเท่านั้น การปรับปรุงเทคนิคนี้ (สำหรับวัตถุที่วางอยู่บนฟิล์มพื้นผิวที่ลาดเอียง) คือการมีพื้นที่นอกแกนสมมาตรสองส่วนสำหรับการโฟกัสตามด้วยการตั้งค่าโฟกัสเป็นค่าเฉลี่ยของค่าโฟกัสขนาดสูงสองค่าก่อนที่จะบันทึกบริเวณที่มีขนาดต่ำที่สนใจ .

ตัวแปรที่ไม่ใช่การตรวจเอกซเรย์ในวิธีนี้เรียกว่าการวิเคราะห์อนุภาคเดี่ยวใช้ภาพของวัตถุที่เหมือนกันหลายชิ้น (หวังว่า) ในแนวที่ต่างกันเพื่อสร้างข้อมูลภาพที่จำเป็นสำหรับการสร้างใหม่สามมิติ หากวัตถุไม่มีทิศทางที่ต้องการอย่างมีนัยสำคัญวิธีนี้จะไม่ได้รับผลกระทบจากลิ่มข้อมูลที่ขาดหายไป (หรือกรวย) ซึ่งมาพร้อมกับวิธีการตรวจเอกซเรย์และไม่ได้รับปริมาณรังสีที่มากเกินไปอย่างไรก็ตามถือว่าวัตถุที่แตกต่างกันสามารถได้รับการปฏิบัติราวกับว่า ข้อมูล 3 มิติที่สร้างขึ้นจากสิ่งเหล่านี้เกิดจากวัตถุที่มีเสถียรภาพเพียงชิ้นเดียว

ตัวอย่างเซลล์ (สีดำ) ที่ย้อมด้วยออสเมียมเตทรอกไซด์และยูรานิลอะซิเตตที่ฝังอยู่ในอีพอกซีเรซิน (อำพัน) พร้อมสำหรับการแบ่งส่วน

การเตรียมตัวอย่างใน TEM อาจเป็นขั้นตอนที่ซับซ้อน [52]ชิ้นงาน TEM ควรมีความหนาน้อยกว่า 100 นาโนเมตรสำหรับ TEM ทั่วไป ซึ่งแตกต่างจากการแผ่รังสีนิวตรอนหรือX-Rayที่อิเล็กตรอนในลำแสงจะโต้ตอบกับตัวอย่างได้อย่างง่ายดายผลที่เพิ่มขึ้นอย่างคร่าวๆเมื่อมีเลขอะตอมกำลังสอง (Z 2 ) [16]ตัวอย่างที่มีคุณภาพสูงจะมีความหนาที่เทียบได้กับเส้นทางอิสระเฉลี่ยของอิเล็กตรอนที่เดินทางผ่านตัวอย่างซึ่งอาจมีขนาดเพียงไม่กี่สิบนาโนเมตร การเตรียมชิ้นงาน TEM มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับวัสดุที่อยู่ระหว่างการวิเคราะห์และประเภทของข้อมูลที่จะได้รับจากชิ้นงานทดสอบ

วัสดุที่มีขนาดเล็กพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนโปร่งใสเช่นสารที่เป็นผงสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กไวรัสหรือท่อนาโนสามารถเตรียมได้อย่างรวดเร็วโดยการสะสมของตัวอย่างเจือจางที่มีตัวอย่างลงบนฟิล์มบนกริดรองรับ ตัวอย่างทางชีวภาพอาจฝังอยู่ในเรซินเพื่อทนต่อสุญญากาศสูงในห้องเก็บตัวอย่างและเพื่อให้สามารถตัดเนื้อเยื่อออกเป็นส่วนบาง ๆ ที่โปร่งใสของอิเล็กตรอน ตัวอย่างทางชีวภาพสามารถย้อมสีได้โดยใช้วัสดุย้อมสีที่เป็นลบเช่นยูรานิลอะซิเตตสำหรับแบคทีเรียและไวรัสหรือในกรณีของส่วนที่ฝังตัวชิ้นงานอาจย้อมด้วยโลหะหนักรวมทั้งออสเมียมเตทรอกไซด์ อีกวิธีหนึ่งอาจเก็บตัวอย่างที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลวหลังจากฝังน้ำแข็งในน้ำเลี้ยง [53]ในวัสดุศาสตร์และโลหะวิทยาโดยปกติแล้วชิ้นงานทดสอบจะสามารถทนต่อสุญญากาศได้สูง แต่ยังคงต้องเตรียมเป็นฟอยล์บาง ๆ หรือสลักเพื่อให้บางส่วนของชิ้นงานนั้นบางพอที่ลำแสงจะทะลุได้ ข้อ จำกัด เกี่ยวกับความหนาของวัสดุอาจถูก จำกัด โดยหน้าตัดที่กระจัดกระจายของอะตอมซึ่งเป็นส่วนประกอบของวัสดุ

การแบ่งส่วนเนื้อเยื่อ

ใบมีดเพชรที่ใช้สำหรับตัดส่วนบางเฉียบ (โดยทั่วไปคือ 70 ถึง 350 นาโนเมตร) สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

เนื้อเยื่อชีวภาพมักฝังอยู่ในบล็อกเรซินแล้วทำให้บางลงเหลือน้อยกว่า 100 นาโนเมตรบนอุลตร้ารามิกโรโตบล็อกเรซินแตกหักเมื่อผ่านกระจกหรือคมมีดเพชร [54]วิธีนี้ใช้เพื่อให้ได้ตัวอย่างที่บางและมีรูปร่างผิดปกติน้อยที่สุดซึ่งช่วยให้สามารถสังเกตโครงสร้างพิเศษของเนื้อเยื่อได้ ตัวอย่างอนินทรีย์เช่นอลูมิเนียมอาจฝังอยู่ในเรซินและส่วนอัลตร้าทินด้วยวิธีนี้โดยใช้กระจกเคลือบแซฟไฟร์หรือมีดเพชรเหลี่ยมมุมที่ใหญ่กว่า [55]เพื่อป้องกันการสะสมประจุที่พื้นผิวของตัวอย่างเมื่อดูใน TEM ตัวอย่างเนื้อเยื่อจำเป็นต้องเคลือบด้วยวัสดุนำไฟฟ้าบาง ๆ เช่นคาร์บอน

ตัวอย่างการย้อมสี

ส่วนหนึ่งของเซลล์ บาซิลลัสซับทิลิสถ่ายด้วย Tecnai T-12 TEM สเกลบาร์คือ 200 นาโนเมตร

ตัวอย่างเนื้อเยื่อชีวภาพ TEM ต้องการคราบเลขอะตอมสูงเพื่อเพิ่มความเปรียบต่าง คราบจะดูดซับลำแสงอิเล็กตรอนหรือกระจายส่วนหนึ่งของลำแสงอิเล็กตรอนซึ่งจะฉายไปยังระบบถ่ายภาพ สารประกอบของโลหะหนักเช่นออสเมียม , ตะกั่ว , ยูเรเนียมหรือทอง (ในการติดฉลาก immunogold ) อาจจะใช้ก่อนที่จะ TEM สังเกตฝากคัดเลือกอะตอมอิเล็กตรอนหนาแน่นในหรือบนตัวอย่างที่ต้องการมือถือหรือโปรตีนภูมิภาค กระบวนการนี้ต้องการความเข้าใจว่าโลหะหนักจับกับเนื้อเยื่อชีวภาพและโครงสร้างของเซลล์ได้อย่างไร [56]

การกัดเชิงกล

การขัดแบบกลไกยังใช้ในการเตรียมตัวอย่างสำหรับการถ่ายภาพบน TEM การขัดจะต้องมีคุณภาพสูงเพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างมีความหนาคงที่ทั่วทั้งภูมิภาคที่สนใจ อาจใช้สารขัดเงาเพชรหรือลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์ในขั้นตอนสุดท้ายของการขัดเพื่อขจัดรอยขีดข่วนที่อาจทำให้เกิดความผันผวนของคอนทราสต์เนื่องจากความหนาของตัวอย่างที่แตกต่างกัน แม้หลังจากการกัดเชิงกลอย่างระมัดระวังแล้วอาจต้องใช้วิธีการละเอียดเพิ่มเติมเช่นการกัดไอออนเพื่อทำการทำให้ผอมขั้นสุดท้าย

การกัดด้วยสารเคมี

ตัวอย่างบางอย่างอาจเตรียมได้โดยการกัดด้วยสารเคมีโดยเฉพาะตัวอย่างโลหะ ตัวอย่างเหล่านี้ถูกทำให้ผอมบางโดยใช้สารเคมีเช่นกรดเพื่อเตรียมตัวอย่างสำหรับการสังเกต TEM อุปกรณ์ในการควบคุมกระบวนการทำให้ผอมบางอาจช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านชิ้นงานและอาจรวมถึงระบบที่ตรวจจับเมื่อตัวอย่างถูกทำให้บางลงจนมีความโปร่งใสทางแสงเพียงพอ

การกัดไอออน

การกัดไอออนเป็นกระบวนการสปัตเตอริงที่สามารถกำจัดวัสดุปริมาณมากได้ ใช้ในการขัดแต่งชิ้นงานที่ขัดด้วยวิธีอื่น การกัดไอออนใช้ก๊าซเฉื่อยที่ส่งผ่านสนามไฟฟ้าเพื่อสร้างกระแสพลาสม่าที่ส่งไปยังพื้นผิวตัวอย่าง พลังงานเร่งสำหรับก๊าซเช่นอาร์กอนมักมีค่าไม่กี่กิโลโวลต์ อาจมีการหมุนตัวอย่างเพื่อส่งเสริมการขัดผิวตัวอย่าง อัตราการสปัตเตอริ่งของวิธีการดังกล่าวเป็นไปตามลำดับหลายสิบไมโครเมตรต่อชั่วโมงโดย จำกัด วิธีการนี้ไว้ที่การขัดละเอียดเท่านั้น

การกัดไอออนด้วยก๊าซอาร์กอนได้รับการแสดงเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าสามารถจัดเก็บโครงสร้างสแต็กMTJไปยังชั้นเฉพาะซึ่งได้รับการแก้ไขด้วยอะตอมแล้ว ภาพ TEM ที่ถ่ายในมุมมองแผนแทนที่จะเป็นภาพตัดขวางเผยให้เห็นว่าเลเยอร์ MgO ภายใน MTJ มีขอบเขตเกรนจำนวนมากซึ่งอาจทำให้คุณสมบัติของอุปกรณ์ลดน้อยลง [57]

การกัดไอออน

สแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนภาพของตัวอย่าง TEM บางข้าวสารโดย ตอแหล เยื่อบาง ๆ ที่แสดงในที่นี้เหมาะสำหรับการตรวจ TEM อย่างไรก็ตามที่ความหนา ~ 300 นาโนเมตรจะไม่เหมาะสำหรับ TEM ที่มีความละเอียดสูงโดยไม่ต้องกัดเพิ่มเติม

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการใช้วิธีการของลำแสงไอออนที่โฟกัสเพื่อเตรียมตัวอย่าง FIB เป็นเทคนิคที่ค่อนข้างใหม่ในการเตรียมตัวอย่างบาง ๆ สำหรับการตรวจ TEM จากชิ้นงานขนาดใหญ่ เนื่องจาก FIB สามารถใช้กับตัวอย่างเครื่องจักรขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำจึงเป็นไปได้ที่จะบดเยื่อบาง ๆ จากบริเวณที่สนใจในตัวอย่างเช่นเซมิคอนดักเตอร์หรือโลหะ ซึ่งแตกต่างจากการสปัตเตอริงไอออนของก๊าซเฉื่อย FIB ใช้ประโยชน์จากแกลเลียมไอออนที่มีพลังมากกว่าอย่างมีนัยสำคัญและอาจเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบหรือโครงสร้างของวัสดุผ่านการฝังแกลเลียม [58]

การจำลองแบบ

ภาพจำลอง Staphylococcus aureus platinum ที่ถ่ายด้วย TEM ที่กำลังขยาย 50,000 เท่า

ตัวอย่างอาจถูกจำลองแบบโดยใช้ฟิล์มเซลลูโลสอะซิเตทฟิล์มเคลือบด้วยโลหะหนักเช่นแพลตตินั่มฟิล์มต้นฉบับละลายหายไปและภาพจำลองที่ถ่ายบน TEM รูปแบบของเทคนิคการจำลองใช้สำหรับทั้งวัสดุและตัวอย่างทางชีววิทยา ในวัสดุศาสตร์การใช้ทั่วไปคือการตรวจสอบพื้นผิวที่แตกหักของโลหะผสม

ความสามารถของ TEM สามารถขยายเพิ่มเติมได้โดยขั้นตอนเพิ่มเติมและเครื่องตรวจจับบางครั้งก็รวมอยู่ในกล้องจุลทรรศน์เดียวกัน

กำลังสแกน TEM

TEM สามารถปรับเปลี่ยนเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (STEM) ได้โดยการเพิ่มระบบที่แรสเตอร์ลำแสงบรรจบข้ามตัวอย่างเพื่อสร้างภาพเมื่อรวมกับเครื่องตรวจจับที่เหมาะสม ขดลวดสแกนใช้เพื่อเบี่ยงเบนลำแสงเช่นโดยการเปลี่ยนไฟฟ้าสถิตของลำแสงจากนั้นลำแสงจะถูกรวบรวมโดยใช้เครื่องตรวจจับกระแสไฟฟ้าเช่นถ้วยฟาราเดย์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนับอิเล็กตรอนโดยตรง โดยความสัมพันธ์ของจำนวนอิเล็กตรอนกับตำแหน่งของลำแสงสแกน (เรียกว่า "โพรบ") อาจวัดองค์ประกอบที่ส่งผ่านของลำแสงได้ ส่วนประกอบที่ไม่ส่งผ่านอาจได้รับโดยการเอียงลำแสงหรือโดยใช้เครื่องตรวจจับสนามมืดแบบวงแหวน

แผนภาพ Schematic ray แสดงการแลกเปลี่ยนทางแสงระหว่าง TEM (ซ้าย) และ STEM (ขวา) มุมลู่เข้าใน TEM กลายเป็นมุมรวบรวมใน STEM . ภาพที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก Hren et al [59]

พื้นฐาน TEM และลำต้นมีการเชื่อมโยงผ่านHelmholtz ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน STEM คือ TEM ที่มีการเปลี่ยนแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนและจุดสังเกตโดยสัมพันธ์กับทิศทางการเดินทางของลำอิเล็กตรอน ดูแผนภาพเรย์ในรูปด้านขวา เครื่องมือ STEM อาศัยการตั้งค่าออปติคัลแบบเดียวกับ TEM อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ทำงานโดยการพลิกทิศทางการเดินทางของอิเล็กตรอน (หรือเวลาย้อนกลับ) ระหว่างการทำงานของ TEM แทนที่จะใช้รูรับแสงเพื่อควบคุมอิเล็กตรอนที่ตรวจพบเช่นเดียวกับใน TEM STEM ใช้เครื่องตรวจจับต่างๆที่มีมุมรวบรวมซึ่งอาจปรับเปลี่ยนได้ขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนที่ผู้ใช้ต้องการจับ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงดันต่ำ

กล้องจุลทรรศน์แรงดันต่ำอิเล็กตรอน (LVEM) เป็นผู้ดำเนินการที่อิเล็กตรอนแรงดันไฟฟ้าเร่งค่อนข้างต่ำระหว่าง 5-25 กิโลโวลต์ บางส่วนอาจเป็นการผสมผสานระหว่าง SEM, TEM และ STEM ในเครื่องมือขนาดกะทัดรัดเครื่องเดียว แรงดันไฟฟ้าต่ำจะเพิ่มความคมชัดของภาพซึ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานทางชีววิทยา ความคมชัดที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยลดลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งไม่จำเป็นต้องเปื้อน ความละเอียดไม่กี่นาโนเมตรสามารถทำได้ในโหมด TEM, SEM และ STEM ลำแสงอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่ำหมายความว่าแม่เหล็กถาวรสามารถใช้เป็นเลนส์ได้ดังนั้นจึงสามารถใช้คอลัมน์ขนาดเล็กที่ไม่ต้องการความเย็นได้ [60] [61]

Cryo-TEM

บทความหลัก: Transmission electron cryomicroscopy

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านความเย็น (Cryo-TEM) ใช้ TEM กับตัวยึดชิ้นงานที่สามารถรักษาชิ้นงานที่ไนโตรเจนเหลวหรืออุณหภูมิฮีเลียมเหลวได้ นี้ตัวอย่างที่ช่วยให้การถ่ายภาพจัดทำในน้ำแข็งน้ำเลี้ยงเทคนิคการเตรียมความพร้อมที่แนะนำสำหรับการถ่ายภาพแต่ละโมเลกุลหรือประกอบโมเลกุล , [62]การถ่ายภาพของ vitrified อินเตอร์เฟซที่เป็นของแข็ง electrolye, [63]และการถ่ายภาพของวัสดุที่มีความผันผวนในสูญญากาศสูงที่อุณหภูมิห้องดังกล่าว เป็นกำมะถัน [64]

TEM ด้านสิ่งแวดล้อม / ในแหล่งกำเนิด

การทดลองในแหล่งกำเนิดอาจทำได้ใน TEM โดยใช้ห้องตัวอย่างที่มีการสูบต่างกันหรือตัวยึดเฉพาะ [65]ประเภทของการทดลองในแหล่งกำเนิดรวมถึงศึกษาวัสดุนาโน, [66]ตัวอย่างชีวภาพและเกิดปฏิกิริยาทางเคมีโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเหลวเฟส , [67] [68]และการเปลี่ยนรูปการทดสอบวัสดุ [69]

TEM แก้ไขความผิดปกติ

TEM การวิจัยสมัยใหม่อาจรวมถึงตัวแก้ไขความคลาด[21]เพื่อลดจำนวนความผิดเพี้ยนในภาพ เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นคานmonochromatorsนอกจากนี้อาจใช้ซึ่งช่วยลดการแพร่กระจายของพลังงานลำแสงอิเล็กตรอนเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นให้น้อยกว่า 0.15  eV [21]ผู้ผลิต TEM ที่แก้ไขความผิดปกติที่สำคัญ ได้แก่JEOL , Hitachi High-Technologies, FEI Companyและ NION

TEM ที่เร็วและไดนามิกมาก

มีความเป็นไปได้ที่จะเข้าถึงความละเอียดชั่วขณะที่ไกลกว่าอัตราการอ่านข้อมูลของเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนด้วยการใช้อิเล็กตรอนแบบพัลซิ่ง สามารถสร้างพัลส์ได้โดยการปรับเปลี่ยนแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนเพื่อเปิดใช้งานการถ่ายภาพด้วยแสงเลเซอร์[70]หรือโดยการติดตั้งลำแสงความเร็วสูงพิเศษ [71]วิธีนี้เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านแบบเร็วพิเศษเมื่อใช้การส่องสว่างของหัววัดแบบสโตรโบสโคป : ภาพเกิดจากการสะสมของพัลส์อิเล็กตรอนจำนวนมากโดยมีการหน่วงเวลาคงที่ระหว่างการมาถึงของพัลส์อิเล็กตรอนและการกระตุ้นตัวอย่าง ในทางกลับกันการใช้พัลส์อิเล็กตรอนแบบลำดับเดียวหรือแบบสั้นที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเพียงพอในการสร้างภาพจากแต่ละพัลส์เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านแบบไดนามิก ความละเอียดเชิงมิติลดลงเหลือหลายร้อย femtoseconds และความละเอียดเชิงพื้นที่เทียบได้กับที่มีอยู่ในแหล่งกำเนิดการแผ่รังสี Schottky ของสนามนั้นเป็นไปได้ใน TEM ที่เร็วมาก[72]แต่เทคนิคนี้สามารถสร้างภาพกระบวนการย้อนกลับได้เท่านั้นที่สามารถกระตุ้นซ้ำได้หลายล้านครั้ง Dynamic TEM สามารถแก้ไขกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ถึงหลายสิบนาโนวินาทีและหลายสิบนาโนเมตร [73]

เทคนิค TEM มีข้อเสียอยู่หลายประการ วัสดุหลายชนิดจำเป็นต้องมีการเตรียมตัวอย่างอย่างละเอียดเพื่อสร้างตัวอย่างที่บางพอที่จะเป็นอิเล็กตรอนที่โปร่งใสซึ่งทำให้การวิเคราะห์ TEM เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างใช้เวลานานและมีปริมาณงานตัวอย่างต่ำ โครงสร้างของตัวอย่างอาจเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างขั้นตอนการเตรียม นอกจากนี้มุมมองยังค่อนข้างเล็กทำให้มีความเป็นไปได้ที่พื้นที่ที่วิเคราะห์อาจไม่ใช่ลักษณะของตัวอย่างทั้งหมด มีความเป็นไปได้ที่ตัวอย่างอาจได้รับความเสียหายจากลำอิเล็กตรอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของวัสดุชีวภาพ

ขีดจำกัดความละเอียด

วิวัฒนาการของความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ทำได้ด้วยแสงการส่งผ่าน (TEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแก้ไขความคลาด (ACTEM) [74]

ขีดจำกัดความละเอียดที่สามารถหาได้ใน TEM อาจอธิบายได้หลายวิธีและโดยทั่วไปเรียกว่าขีด จำกัด ข้อมูลของกล้องจุลทรรศน์ ค่าที่ใช้กันทั่วไปค่าหนึ่ง[ ต้องการอ้างอิง ]คือค่าตัดของฟังก์ชันการถ่ายโอนคอนทราสต์ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่มักจะอ้างถึงในโดเมนความถี่เพื่อกำหนดการสร้างความถี่เชิงพื้นที่ของวัตถุในระนาบวัตถุโดยใช้เลนส์กล้องจุลทรรศน์ ความถี่ตัดq maxสำหรับฟังก์ชันการถ่ายโอนอาจประมาณได้ด้วยสมการต่อไปนี้โดยที่ C sคือค่าสัมประสิทธิ์ความคลาดทรงกลมและλคือความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน: [41]

สำหรับกล้องจุลทรรศน์ 200 กิโลโวลต์ที่มีการแก้ไขบางส่วนความคลาดทรงกลม ( "ลำดับที่สาม") และ C sค่าของ 1 ไมโครเมตร[75]ทฤษฎีตัดค่าอาจจะ 1 / Q สูงสุด = 42  [41]กล้องจุลทรรศน์แบบเดียวกันที่ไม่มีเครื่องแก้ไขจะมี C s = 0.5 mm และตัดได้ 200 pm [75]ความคลาดทรงกลมถูกระงับไว้เป็นลำดับที่สามหรือห้าในกล้องจุลทรรศน์ " แก้ไขความคลาด " อย่างไรก็ตามความละเอียดของพวกเขาถูก จำกัด ด้วยรูปทรงเรขาคณิตของแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนและความสว่างและความคลาดเคลื่อนของสีในระบบเลนส์ใกล้วัตถุ [21] [76]

การแสดงโดเมนความถี่ของฟังก์ชันการถ่ายโอนคอนทราสต์มักจะมีลักษณะการสั่น[77]ซึ่งสามารถปรับได้โดยการปรับค่าโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ ลักษณะการสั่นนี้แสดงให้เห็นว่าความถี่เชิงพื้นที่บางความถี่ถูกถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อย่างแท้จริงในขณะที่ความถี่อื่น ๆ ถูกระงับ ด้วยการรวมภาพหลายภาพเข้ากับความถี่เชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันการใช้เทคนิคต่างๆเช่นการสร้างชุดโฟกัสใหม่สามารถใช้เพื่อปรับปรุงความละเอียดของ TEM ได้อย่าง จำกัด [41]ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนความคมชัดสามารถบางส่วนเป็นห้วงทดลองโดยใช้เทคนิคเช่นฟูริเยร์เปลี่ยนภาพของวัสดุอสัณฐานเช่นคาร์บอนอสัณฐาน

เมื่อไม่นานมานี้ความก้าวหน้าในการออกแบบตัวแก้ไขความคลาดสามารถลดความคลาดทรงกลม[78]และเพื่อให้ได้ความละเอียดต่ำกว่า 0.5 Ångströms (50 น.) [76]ที่กำลังขยายสูงกว่า 50 ล้านครั้ง [79]ความละเอียดที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้สามารถถ่ายภาพอะตอมที่มีน้ำหนักเบาซึ่งกระจายอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยลงเช่นอะตอมของลิเธียมในวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียม [80]ความสามารถในการกำหนดตำแหน่งของอะตอมภายในวัสดุทำให้ HRTEM เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการวิจัยและพัฒนานาโนเทคโนโลยีในหลายสาขารวมถึงการเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันและการพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ [81]

  1. ^ "ไวรัส" users.rcn.com
  2. ^ "รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1986 มุมมอง - ชีวิตผ่านเลนส์" nobelprize.org.
  3. ^ กล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต (2553). ในEncyclopædia Britannica. สืบค้นเมื่อ 20 พฤศจิกายน 2553 จาก Encyclopædia Britannica Online
  4. ^ เอิร์นส์รุสก้า; แปลโดย T Mulvey (มกราคม 1980) การพัฒนาเลนส์อิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในยุคแรกสมัครแล้วเลนส์ 25 . น. 820. รหัสไปรษณีย์ : 1986ApOpt..25..820R . ISBN 978-3-7776-0364-3.
  5. ^ Plücker, J. (1858). "Über die Einwirkung des Magneten auf die elektrischen Entladungen in verdünnten Gasen" [เกี่ยวกับผลกระทบของแม่เหล็กต่อการปล่อยไฟฟ้าในก๊าซที่หายาก]. Poggendorffs Annalen der Physik und Chemie 103 (1): 88–106 รหัสไปรษณีย์ : 1858AnP ... 179 ... 88P . ดอย : 10.1002 / andp.18581790106 .
  6. ^ "เฟอร์ดินานด์ Braun, รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1909 ชีวประวัติ" nobelprize.org.
  7. ^ Rudenberg, Reinhold (30 พฤษภาคม 2474) "การกำหนดค่าสำหรับการถ่ายภาพขยายของวัตถุโดยอิเล็กตรอนคาน" DE906737 สิทธิบัตร
  8. ^ Broglie, L. (2471). "La nouvelle dynamique des quanta". Électrons et Photons: Rapports และ Discussions du Cinquième Conseil de Physique บริษัท โซลเวย์
  9. ^ "ประวัติย่อของสมาคมจุลทรรศน์แห่งอเมริกา" . microscopy.org.
  10. ^ "ดร. เจมส์ฮิลลิเยร์ชีวประวัติ" . comdir.bfree.on.ca
  11. ^ Hawkes, P. (Ed.) (1985). จุดเริ่มต้นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สำนักพิมพ์วิชาการ. ISBN 978-0120145782.CS1 maint: ข้อความพิเศษ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )
  12. ^ "Ernst Ruska การบรรยายรางวัลโนเบล" . nobelprize.org.
  13. ^ ครูว์อัลเบิร์ตวี; Isaacson, M. และ Johnson, D .; จอห์นสัน, D. (1969). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนธรรมดา" . รายได้วิทย์. ตราสาร . 40 (2): 241–246 รหัสไปรษณีย์ : 1969RScI ... 40..241C . ดอย : 10.1063 / 1.1683910 .CS1 maint: หลายชื่อ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )
  14. ^ ครูว์อัลเบิร์ตวี; Wall, J. และ Langmore, J. , J; แลงมอร์เจ (1970). "การมองเห็นอะตอมเดี่ยว". วิทยาศาสตร์ . 168 (3937): 1338–1340 รหัสไปรษณีย์ : 1970Sci ... 168.1338C . ดอย : 10.1126 / science.168.3937.1338 . PMID  17731040 S2CID  31952480CS1 maint: หลายชื่อ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )
  15. ^ เมเยอร์ Jannik C. ; Girit, CO; ครมมี่, MF; Zettl, A. (2008). "การถ่ายภาพและการเปลี่ยนแปลงของอะตอมและโมเลกุลแสงในกราฟีน" (PDF) ธรรมชาติ . 454 (7202): 319–22 arXiv : 0805.3857 Bibcode : 2008Natur.454..319M . ดอย : 10.1038 / nature07094 . PMID  18633414 S2CID  205213936 สืบค้นเมื่อ3 มิถุนายน 2555 .
  16. ^ Fultz, B & Howe, J (2007). เกียร์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและมาตรการเลี้ยวเบนของวัสดุ สปริงเกอร์. ISBN 978-3-540-73885-5.
  17. ^ เมอร์ฟีดักลาสบี. (2545). ความรู้พื้นฐานของแสงกล้องจุลทรรศน์และการถ่ายภาพอิเล็กทรอนิกส์ นิวยอร์ก: John Wiley & Sons ISBN 9780471234296.
  18. ^ แชมป์, PE (2544). การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน การ์แลนด์วิทยาศาสตร์. ISBN 978-1859961476.
  19. ^ ฮับบาร์ด, A (1995). คู่มือการถ่ายภาพพื้นผิวและการมองเห็น CRC Press. ISBN 978-0-8493-8911-5.
  20. ^ Egerton, R (2005). หลักการทางกายภาพของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สปริงเกอร์. ISBN 978-0-387-25800-3.
  21. ^ a b c d e โรส, HH (2008). "ทัศนศาสตร์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประสิทธิภาพสูง" . วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง 9 (1): 014107. Bibcode : 2008STAdM ... 9a4107R . ดอย : 10.1088 / 0031-8949 / 9/1/014107 . PMC  5099802 . PMID  27877933
  22. ^ "เลนส์วัตถุประสงค์ของ TEM หัวใจของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" rodenburg.org.
  23. ^ Pogany, AP; เทอร์เนอร์, PS (2511-01-23) "ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์" . Acta Crystallographica มาตรา 24 (1): 103–109 Bibcode : 1968AcCrA..24..103P . ดอย : 10.1107 / S0567739468000136 . ISSN  1600-5724
  24. ^ Hren จอห์นเจ; โกลด์สตีนโจเซฟฉัน; Joy, David C, eds. (พ.ศ. 2522). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์ | SpringerLink (PDF) ดอย : 10.1007 / 978-1-4757-5581-7 . ISBN 978-1-4757-5583-1.
  25. ^ ฟารูฉี, A. R; เฮนเดอร์สัน, อาร์. (2007-10-01). "เครื่องตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" . ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาโครงสร้าง . คาร์โบไฮเดรตและไกลโคคอนจูเกต / วิธีชีวฟิสิกส์. 17 (5): 549–555 ดอย : 10.1016 / j.sbi.2007.08.014 . ISSN  0959-440X . PMID  17913494 .
  26. ^ เฮนเดอร์สัน, R.; แคทเทอร์โมล, D.; แม็คมัลแลนช.; สก๊อตเชอร์, S.; ฟอร์ดแฮม, ม.; อาโมส, WB; Faruqi, อาร์คันซอ (2007-02-01). "แปลงของภาพยนตร์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน: การทดสอบที่มีประโยชน์หกนำไปใช้กับสแกนเนอร์สามภาพยนตร์เรื่อง" Ultramicroscopy 107 (2): 73–80 ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2006.05.003 . ISSN  0304-3991 PMID  16872749
  27. ^ วิลเลียมส์ดีแอนด์คาร์เตอร์ CB (1996) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน 1 - พื้นฐาน Plenum กด ISBN 978-0-306-45324-3.
  28. ^ โรเบิร์ต, PTE; แชปแมนเจเอ็น; MacLeod, AM (1982-01-01). "ระบบบันทึกภาพแบบ CCD สำหรับ CTEM" Ultramicroscopy 8 (4): 385–396. ดอย : 10.1016 / 0304-3991 (82) 90061-4 . ISSN  0304-3991
  29. ^ แฟน GY; Ellisman, MH (24 ธันวาคม 2544). "การถ่ายภาพดิจิทัลในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน". วารสารจุลทรรศน์ . 200 (1): 1–13. ดอย : 10.1046 / j.1365-2818.2000.00737.x . ISSN  0022-2720 PMID  11012823
  30. ^ แม็คมัลแลนช.; ฟารูฉี, AR; Henderson, R. (2016), "Direct Electron Detectors", Methods in Enzymology , Elsevierdoi = 10.1016 / bs.mie.2016.05.056, 579 : 1–17, doi : 10.1016 / bs.mie.2016.05.056 , ISBN 978-0-12-805382-9, PMID  27572721
  31. ^ ฟารูฉี, AR; เฮนเดอร์สัน, R.; ปรีดีเดช, ม.; ออลพอร์ตพี; Evans, A. (ตุลาคม 2549). "Erratum to:" การตรวจจับอิเล็กตรอนเดี่ยวโดยตรงด้วยเครื่องตรวจจับ CMOS สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" " เครื่องมือและวิธีการทางนิวเคลียร์ในการวิจัยทางฟิสิกส์ส่วน A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment . 566 (2): 770. ดอย : 10.1016 / j.nima.2006.07.013 . ISSN  0168-9002
  32. ^ เออร์ซิอุส, พี; แคสเวลล์ T; เทตเมกะวัตต์; เออร์แคน; Gruner, SM; Muller, D (กันยายน 2548). "เครื่องตรวจจับพิกเซลอาร์เรย์สำหรับการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน" กล้องจุลทรรศน์และ microanalysis 14 (S2): 806–807 ดอย : 10.1017 / s1431927608085711 . ISSN  1431-9276
  33. ^ แม็คมัลแลนช.; ฟารูฉี, AR; เฮนเดอร์สัน, R.; เกอร์รินี, น.; Turchetta, R.; จาคอป, ก.; van Hoften, G. (18 พฤษภาคม 2552). "การสังเกตการทดลองของการปรับปรุงใน MTF จาก backthinning ตรวจจับอิเล็กตรอนโดยตรง CMOS" Ultramicroscopy 109 (9): 1144–1147 ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2009.05.005 . PMC  2937214 . PMID  19541421
  34. ^ รัสกินราเชลเอส; Yu, Zhiheng; Grigorieff, Nikolaus (1 พฤศจิกายน 2556). "การจำแนกลักษณะเชิงปริมาณของเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน" . วารสารชีววิทยาโครงสร้าง . 184 (3): 385–393 ดอย : 10.1016 / j.jsb.2013.10.016 . PMC  3876735 PMID  24189638
  35. ^ Rodenburg, J M. "The Vacuum System" . rodenburg.org.
  36. ^ Ross, L.E, Dykstra, M (2003). ทางชีวภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน: ทฤษฎีเทคนิคและการแก้ไขปัญหา สปริงเกอร์. ISBN 978-0306477492.
  37. ^ แชปแมน, SK (1986). การบำรุงรักษาและตรวจสอบกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน Royal Microscopical Society Microscopy Handbooks. 08 . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ISBN 978-0-19-856407-2.
  38. ^ พุลลาส, เจมส์; เขียว, คาร์เมน; Kisseberth, นิค; พอตเตอร์คลินตันเอส; คาร์ราเกอร์, บริดเจ็ต (2542). "การปรับปรุงความแม่นยำของตำแหน่งของ Goniometer บน Philips CM Series TEM" วารสารชีววิทยาโครงสร้าง . 128 (3): 250–256 ดอย : 10.1006 / jsbi.1999.4181 . PMID  10633064
  39. ^ บัคกิงแฮมเจ (2508) "คุณสมบัติการคายความร้อนของแลนทานัมเฮกซาบอไรด์ / แคโทดรีเนียม". วารสารฟิสิกส์ประยุกต์ของอังกฤษ . 16 (12): 1821. Bibcode : 1965BJAP ... 16.1821B . ดอย : 10.1088 / 0508-3443 / 16/12/306 .
  40. ^ Orloff, J, ed. (2540). คู่มือ Electron Optics . กด CRC ISBN 978-0-8493-2513-7.
  41. ^ Reimer, L และ Kohl, H (2008). เกียร์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน: ฟิสิกส์ของการสร้างภาพ สปริงเกอร์. ISBN 978-0-387-34758-5.CS1 maint: หลายชื่อ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )
  42. ^ Cowley, J.M (1995). ฟิสิกส์การเลี้ยวเบน ISBN ของ Elsevier Science BV 978-0-444-82218-5.
  43. ^ เคิร์กแลนด์, E (1998). คอมพิวเตอร์ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขั้นสูง สปริงเกอร์. ISBN 978-0-306-45936-8.
  44. ^ ฮัลล์ดี. แอนด์เบคอนเจ (2544). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อน (ฉบับที่ 4) บัตเตอร์เวิร์ ธ - ไฮเนมันน์. ISBN 978-0-7506-4681-9.
  45. ^ คาวลีย์ JM; มูดี้ AF (2500) "การกระเจิงของอิเล็กตรอนจากอะตอมและ Crystal. I. ใหม่วิธีทฤษฎี" (PDF) Acta Crystallographica 199 (3): 609–619 ดอย : 10.1107 / S0365110X57002194 .
  46. ^ Egerton, RF (1996). อิเล็กตรอนพลังงานสูญเสียสเปกในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สปริงเกอร์. ISBN 978-0-306-45223-9.
  47. ^ เสา ม.ค. ; Demeestere, Lien (2009). "เอกซ์เรย์อิเลคตรอนของไวรัสที่ซับซ้อนเปื้อนในเชิงลบ: การประยุกต์ใช้ในการวินิจฉัยของพวกเขา" พยาธิวิทยาการวินิจฉัย . 4 : 5. ดอย : 10.1186 / 1746-1596-4-5 . PMC  2649040 PMID  19208223
  48. ^ แฟรงค์เจเอ็ด (2549). อิเล็กตรอนเอกซ์เรย์: วิธีการสร้างภาพสามมิติของโครงสร้างในเซลล์ สปริงเกอร์. ISBN 978-0-387-31234-7.
  49. ^ เลวิน BDA; และคณะ (2559). "ชุดข้อมูลวัสดุนาโนเพื่อเอกซเรย์ล่วงหน้าในการสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเกียร์" ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ 3 : 160041. arXiv : 1606.02938 . รหัสไปรษณีย์ : 2016NatSD ... 360041L . ดอย : 10.1038 / sdata.2016.41 . PMC  4896123 PMID  27272459
  50. ^ คาวาเสะ, โนโบรุ; คาโต้, มิตสึโระ; จินไน, ฮิโรชิ; จินนัย, H (2550). "ไมโครโตโมกราฟฟีอิเล็กตรอนแบบส่งโดยไม่มี 'ลิ่มที่ขาดหายไป' สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างเชิงปริมาณ" Ultramicroscopy 107 (1): 8–15. ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2006.04.007 . PMID  16730409 .
  51. ^ เฮดาริ, ฮาเหม็ด; Van den Broek, Wouter; บอลซาร่า (2013) "การตรวจเอกซเรย์อิเล็กตรอนเชิงปริมาณ: ผลของฟังก์ชันการแพร่กระจายของจุดสามมิติ". Ultramicroscopy 135 : 1–5. ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2013.06.005 . hdl : 10067/1113970151162165141 . PMID  23872036
  52. ^ เชวิลล์, NF; สตาสโกเจ (2014). "เทคนิคในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเนื้อเยื่อสัตว์" . สัตวแพทยศาสตร์ . 51 (1): 28–41. ดอย : 10.1177 / 0300985813505114 . PMID  24114311
  53. ^ อัมซาลลาก, อาร์นาฟ; Vaillant, Cédric; เจคอบแมทธิวส์; Unser ไมเคิล; เบดนาร์ ม.ค. ; คาห์นเจสันดี; ดูโบเชต์, ฌาค; สตาเซียค, อันเดรเซจ; Maddocks, John H. (2006). "การฟื้นฟู 3 มิติและการเปรียบเทียบรูปร่างของ minicircles ดีเอ็นเอสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแช่แข็ง" การวิจัยกรดนิวคลีอิก . 34 (18): e125 ดอย : 10.1093 / nar / gkl675 . PMC  1635295 PMID  17012274
  54. ^ พนักงานยกกระเป๋า K & Blum J (1953) "A study in Microtomy for Electron Microscopy". กายวิภาคบันทึก 117 (4): 685–710 ดอย : 10.1002 / ar.1091170403 . PMID  13124776
  55. ^ ฟิลลิปส์ (2504) "มีดเพชรพิเศษ microtomy ของโลหะและโครงสร้างของส่วน microtomed" วารสารฟิสิกส์ประยุกต์ของอังกฤษ . 12 (10): 554. Bibcode : 1961BJAP ... 12..554P . ดอย : 10.1088 / 0508-3443 / 12/10/308 .
  56. ^ อัลเบิร์ตบรูซ (2008). อณูชีววิทยาของเซลล์ (ฉบับที่ 5) นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์การ์แลนด์. ISBN 978-0815341116.
  57. ^ ถั่ว JJ ไซโตะ, M. , Fukami เอส, ซาโต, เอช, อิเคดะเอสโอโนะเอช ... Mckenna, KP (2017) โครงสร้างอะตอมและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของขอบเขตเกรน MgO ในอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในอุโมงค์ กลุ่มสำนักพิมพ์ธรรมชาติ. https://doi.org/10.1038/srep45594
  58. ^ Baram, M. และ Kaplan WD (2008). "การวิเคราะห์ HRTEM เชิงปริมาณของตัวอย่างที่เตรียม FIB". วารสารจุลทรรศน์ . 232 (3): 395–05 ดอย : 10.1111 / j.1365-2818.2008.02134.x . PMID  19094016 .
  59. ^ Hren จอห์นเจ; โกลด์สตีนโจเซฟฉัน; Joy, David C, eds. (พ.ศ. 2522). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์ | SpringerLink (PDF) ดอย : 10.1007 / 978-1-4757-5581-7 . ISBN 978-1-4757-5583-1.
  60. ^ Nebesářová1, Jana; Vancová, Marie (2007). "วิธีสังเกตวัตถุทางชีววิทยาขนาดเล็กในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงดันต่ำ" . กล้องจุลทรรศน์และ microanalysis 13 (3): 248–249 . สืบค้นเมื่อ8 สิงหาคม 2559 .
  61. ^ ดรัมมี่ลอเรนซ์เอฟ; หยางจุนยาน; มาร์ตินเดวิดซี. (2547). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงดันต่ำของฟิล์มโพลีเมอร์และฟิล์มบางโมเลกุลอินทรีย์". Ultramicroscopy 99 (4): 247–256 ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2004.01.011 . PMID  15149719 .
  62. ^ Li, Z; เบเกอร์, มล.; เจียง, W; เอสเตส, MK; ปราสาด, BV (2552). "สถาปัตยกรรม Rotavirus ที่ Subnanometer Resolution" . วารสารไวรัสวิทยา . 83 (4): 1754–1766 ดอย : 10.1128 / JVI.01855-08 . PMC  2643745 PMID  19036817
  63. ^ เอ็มเจซัคแมน; และคณะ (2559). "ไซต์เฉพาะการเตรียม Intact ของแข็งของเหลวการเชื่อมต่อโดยฉลากฟรีในแหล่งกำเนิดรองรับหลายภาษาและ Cryo-Focused Ion Beam ยกออกมา" กล้องจุลทรรศน์และ microanalysis 22 (6): 1338–1349 Bibcode : 2016MiMic..22.1338Z . ดอย : 10.1017 / S1431927616011892 . PMID  27869059
  64. ^ เลวิน BDA; และคณะ (2560). "คุณลักษณะของแคโทดแบตเตอรีซัลเฟอร์และนาโนโครงสร้างซัลเฟอร์ในกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนที่ไม่มีสิ่งประดิษฐ์ระเหิด" . กล้องจุลทรรศน์และ microanalysis 23 (1): 155–162 Bibcode : 2017MiMic..23..155L . ดอย : 10.1017 / S1431927617000058 . PMID  28228169
  65. ^ PA Crozier & TW Hansen (2014). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านในแหล่งกำเนิดและตัวดำเนินการของวัสดุเร่งปฏิกิริยา" . MRS Bulletin 40 : 38–45 ดอย : 10.1557 / mrs.2014.304 . hdl : 2286 / RI35693 .
  66. ^ โคซาซิห์, เฟลิกซ์อุทามะ; Ducati, Caterina (พฤษภาคม 2018). "พัฒนาการการเสื่อมสภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ผ่านในแหล่งกำเนิดและ operando อิเล็กตรอนกล้องจุลทรรศน์" นาโนพลังงาน . 47 : 243–256 ดอย : 10.1016 / j.nanoen.2018.02.055 .
  67. ^ เดอ Jonge, N.; รอสส์เอฟเอ็ม (2554). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของตัวอย่างในของเหลว". นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ . 6 (8): 695–704 รหัสไปรษณีย์ : 2003NatMa ... 2..532W . ดอย : 10.1038 / nmat944 . PMID  12872162 S2CID  21379512 .
  68. ^ FM Ross (2015). "โอกาสและความท้าทายในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบเซลล์ของเหลว" . วิทยาศาสตร์ . 350 (6267): 1490–1501 ดอย : 10.1126 / science.aaa9886 . PMID  26680204
  69. ^ Haque, MA & Saif, MTA (2001). "การทดสอบแรงดึงในแหล่งกำเนิดของชิ้นงานขนาดนาโนใน SEM และ TEM". กลศาสตร์การทดลอง 42 : 123. ดอย : 10.1007 / BF02411059 . S2CID  136678366
  70. ^ Dömer, H.; Bostanjoglo, O. (2546-09-25). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความเร็วสูง". ทบทวนเครื่องมือวิทยาศาสตร์ . 74 (10): 4369–4372 รหัสไปรษณีย์ : 2003RScI ... 74.4369D . ดอย : 10.1063 / 1.1611612 . ISSN  0034-6748
  71. ^ Oldfield, LC (มิถุนายน 2519) "เครื่องสับลำแสงอิเล็กตรอนแบบสมมาตรแบบหมุนสำหรับพัลส์ picosecond" วารสารฟิสิกส์ E: เครื่องมือวิทยาศาสตร์ . 9 (6): 455–463 Bibcode : 1976JPhE .... 9..455O . ดอย : 10.1088 / 0022-3735 / 9/6/011 . ISSN  0022-3735
  72. ^ Feist, Armin; บาค, นอร่า; รูเบียโนดาซิลวา, นารา; แดนซ์, โธมัส; เมิลเลอร์, มาร์เซล; Priebe, Katharina E.; Domröseจนถึง; แกทซ์มันน์, เจ. เกรเกอร์; รอสต์สเตฟาน; ชอส, จาคอบ; สเตราค, สเตฟานี; บอร์มันน์, ไรเนอร์; ซิวิส, มูรัต; เชเฟอร์, ซาช่า; Ropers, Claus (2017-05-01). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่เร็วมากโดยใช้ตัวส่งสนามที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์: ความละเอียด Femtosecond พร้อมลำแสงอิเล็กตรอนที่เชื่อมโยงกันสูง" Ultramicroscopy วันเกิดปีที่ 70 ของ Robert Sinclair และวันเกิดปีที่ 65 ของ Nestor J.Zaluzec PICO 2017 - การประชุมครั้งที่สี่เรื่อง Frontiers of Aberration Corrected Electron Microscopy 176 : 63–73. arXiv : 1611.05022 ดอย : 10.1016 / j.ultramic.2016.12.005 . PMID  28139341 S2CID  31779409
  73. ^ แคมป์เบลจอฟฟรีย์เอช; McKeown โจเซฟที; Santala, Melissa K. (2014-11-03). "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบกำหนดเวลาสำหรับการทดลองในแหล่งกำเนิด" บทวิจารณ์ฟิสิกส์ประยุกต์ . 1 (4): 041101. Bibcode : 2014ApPRv ... 1d1101C . ดอย : 10.1063 / 1.4900509 . OSTI  1186765
  74. ^ Pennycook, SJ; วาเรลา, ม.; Hetherington, CJD; เคิร์กแลนด์, AI (2011). "ความก้าวหน้าวัสดุผ่าน Aberration-แก้ไขกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" (PDF) MRS Bulletin 31 : 36–43. ดอย : 10.1557 / mrs2006.4 .
  75. ^ ฟุรุยะ, คาซึโอะ (2008). "Nanofabrication โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขั้นสูงโดยใช้ลำแสงที่เข้มข้นและเน้น" . วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง 9 (1): 014110. Bibcode : 2008STAdM ... 9a4110F . ดอย : 10.1088 / 1468-6996 / 9/1/014110 . PMC  5099805 . PMID  27877936
  76. ^ เออร์นีรอล์ฟ; รอสเซล, MD; Kisielowski, C; ดาห์เมน, ยู (2552). "Atomic-Resolution Imaging with a Sub-50-pm Electron Probe" . ทางกายภาพจดหมายรีวิว 102 (9): 096101. Bibcode : 2009PhRvL.102i6101E . ดอย : 10.1103 / PhysRevLett.102.096101 . PMID  19392535
  77. ^ Stahlberg, Henning (6 กันยายน 2555). "ฟังก์ชั่นคมชัด Transfer" 2dx.unibas.ch .
  78. ^ ทานากะ, โนบุโอะ (2008). "ปัจจุบันสถานะและในอนาคตแนวโน้มของดาวฤกษ์ปกติแก้ไข TEM / STEM สำหรับการศึกษาของวัสดุนาโน" วิทย์. เทคโน. Adv. Mater . 9 (1): 014111. Bibcode : 2008STAdM ... 9a4111T . ดอย : 10.1088 / 1468-6996 / 9/1/014111 . PMC  5099806 . PMID  27877937
  79. ^ แผนภูมิมาตราส่วนของสิ่งต่างๆ วิทยาศาสตร์ . energy.gov
  80. ^ O'Keefe, Michael A. และ Shao-Horn, Yang (2004) "การถ่ายภาพอะตอมลิเธียมที่มีความละเอียดย่อยÅngström" อ้างถึงวารสารต้องการ|journal=( ความช่วยเหลือ )CS1 maint: หลายชื่อ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )
  81. ^ O'Keefe, Michael A. และ Allard, Lawrence F. (2004-01-18) "Sub-Ångstrom Electron Microscopy for Sub-Ångstrom Nano-Metrology" (PDF) . ความคิดริเริ่มการประชุมเชิงปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติเกี่ยวกับการวัดและมาตรวิทยานาโนเทคโนโลยี, วอชิงตัน ดี.ซี. (2004) osti.govCS1 maint: หลายชื่อ: รายชื่อผู้เขียน ( ลิงค์ )