Mechanismy Emise Elektronů v Elektronové Mikroskopii

Osvětlovací systém je v principu podobný pro TEM i pro SEM, avšak v TEM je kladen větší požadavek na možnost zajištění regulace proudu elektronového svazku. K emisi elektronů se v elektronové mikroskopii používají dva krajní způsoby, termoemise a autoemise, avšak na emisi se vzájemně podílejí určitou měrou oba mechanismy.

Termoemise

Možný tvar termoemisní katody je na obrázku, kde je naznačeno i elektrické zapojení žhavení katody. Žhavení katody se děje přes rezistor R2, kterým je možno nastavit žhavící proud. Pomocí žhavícího proudu lze přímo měnit teplotu vlákna a tedy velikost emise, jak je patrno z Richardson-Duschmanovo rovnice.

Z obrázku je patrno, že velikost urychlovacího napětí se reguluje rezistorem R1, urychlovací napětí se používá záporné a anoda je uzemněna.

Do elektronové mikroskopie se používají dva krajní způsoby, termoemise a autoemise, avšak na emisi se vzájemně podílejí určitou měrou oba mechanismy.

Obvykle se aktivuje wolframové vlákno a vyšší provozní teplota je použita k tomu, aby došlo k zamezení adsorpce. Pro aktivaci je používán kyslík nebo zirkonium s kyslíkem. Provozní teplota obvykle bývá 1200 - 1800 K.

Čtěte také: Evropské tržní mechanismy

LaB6 katodu namísto klasické termoemisní wolframové katody, avšak katoda nepracuje čistě v termoemisním režimu. Výhodou tohoto emiteru je nízká výstupní práce (2,2 eV), čímž je zvýšena proudová hustota a směrová proudová hustota.

Pomocí žhavícího proudu lze přímo měnit teplotu vlákna a tedy velikost emise, jak je patrno z Richardson-Duschmanovo rovnice.

se hroty katod leptají, tak aby byl vrchol co nejostřejší. Vlastní tryska je tvořena z katody připojené k vysokonapěťovému zdroji a ze dvou za sebou následujících anod.

kterým je řízen emisní proud.

Tyto katody pracují při teplotách, kdy se začíná projevovat termoemise, ale principem se více blíží k autoemisním katodám.

Čtěte také: Mechanismy autoregulace v ekologii

Aktivace spočívá v pokrytí povrchu katody atomární vrstvou jiného prvku, který důsledkem vzniklé vazby sníží výstupní práci elektronů.

dojde při stejné teplotě ke vzrůstu emisního proudu. a chemisorpce dochází k nežádaným změnám výstupní práce.

Interakce Elektronů se Vzorkem

Primární elektrony prolétávající aparaturou SEM mohou interagovat se vzorkem čtyřmi různými způsoby. Vzhledem k tomu, že jsou elektrony záporně nabité, mohou interagovat jak s elektrony v atomovém obalu atomů prvků, které jsou ve zkoumaném vzorku obsažené, tak s jádry těchto atomů.

Velikost a tvar oblasti vzorku, v níž elektrony svazku (tzv. 1. pružné srážky - mění se při nich směr pohybu primárních elektronů, ale zachovává se jejich mechanická energie. V tomto případě se jedná převážně o srážky primárních elektronů a atomových jader atomů prvků obsažených ve vzorku.

Vzhledem k tomu, že pohybující se elektron má energii rovnou cca setině excitační energie jádra, pravděpodobnost předání energie primárním elektronem jádru je minimální. Srážku elektronu a atomového jádra lze přirovnat ke srážce korálku a těžkého míče (např. gymnastický na posilování zad): letící korálek nemůže s míčem zásadním způsobem pohnout, energie korálku se tedy (téměř) nemění a korálek odlétá zpět s (téměř) stejně velkou rychlostí (tj.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Dalším typem interakce je BSE (Back Scatered Electrons) - primární elektrony jsou rozptýleny v elektrickém poli jiného elektronu, od něhož je primární elektron vlivem elektrostatické síly odpuzován, nebo odrazem od kladného jádra, jemuž elektron vlivem poměru hmotností elektronu a jádra nepředává téměř žádnou energii.

Na obr. 201 je schematicky zobrazen rozptyl primárního elektronu v elektrostatickém poli elektronu v atomovém obalu prvku materiálu vzorku. Takto vzniklé elektrony mohou opouštět materiál vzorku i v relativně velkých vzdálenostech od místa dopadu primárních elektronů na vzorek.

Narazí-li primární elektron na elektron atomu vzorku, předá mu část své energie. Elektron atomu tak může přejít na vyšší energetickou hladinu (tj. nastane excitace atomu) nebo je zcela uvolněn z atomu. Jsou-li tímto způsobem elektrony z atomu uvolněny, mluvíme o sekundárních elektronech SE (Secondary Electrons) - viz schéma na obr.

Po uvolnění elektronu z dané energetické hladiny ale může toto místo obsadit elektron, který se původně nacházel na vyšší energetické hladině. Při přeskoku na nižší energetickou hladinu uvolní tzv. charakteristické rentgenové záření (energie fotonu tohoto záření odpovídá rozdílu příslušných energetických hladin). V tomto případě se jedná o interakci EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), která je schematicky zobrazená na obr. V některých případech jsou také uvolněny tzv.

Katodoluminiscence vzniká v důsledku nepružných srážek. Při nich je elektronu předána část energie primárního elektronu, čímž se dostane daný elektron na vyšší energetickou hladinu.

Charakteristické rentgenové záření vzniká analogickým způsobem jako katodoluminiscece. Rozdíl je v tom, že elektronu ve vnitřní slupce atomového jádra je předána relativně velká energie.

Toto záření vychází (dle obr. Primární elektrony, jejichž kinetická energie poklesla na úroveň tzv. Fermiho energie dané látky, jsou detekovány jako absorbované elektrony.

Schematický obr. 205 je podobný jako obr. 204, ale jsou na něm navíc zakresleny (a číselně uvedeny) hloubky, v jakých jednotlivé typy záření ve vzorku vznikají. Současně je na tomto obrázku uvedeno, jakou informaci o vzorku daný typ záření přináší.

Další elektron je tedy z obalu vyražen i elektronem, který se „vrací zpět“ po interakci s jiným elektronem nebo jádrem (viz obr. Většina SEM detekuje sekundární elektrony všech tří výše popsaných typů. Tento druh elektronů se detekuje pomocí fotonásobiče. Pokud se při detekci sekundárních elektronů podaří odfiltrovat pouze elektrony vznikající přímo z primárních elektronů (tj. elektrony prvního typu ve výše uvedeném dělení), zvýší se rozlišovací schopnost SEM.

Intenzita sekundárních elektronů (počet sekundárních elektronů) je ovlivněna výstupní prací elektronu z daného materiálu vzorku, energií primárních elektronů, ale také reliéfem zkoumaného vzorku. Pokud bude místo, z něhož budou sekundární elektrony emitovány, zastíněno ve směru do detektoru elektronů nerovností vzorku, bude detektor detektovat méně sekundárních elektronů ve srovnání s detekcí z místa, které zastíněno nebude (viz obr.

Závěr

Elektronová mikroskopie, využívající různé mechanismy emise elektronů a interakce se vzorkem, představuje nepostradatelný nástroj pro detailní analýzu materiálů a struktur v mnoha vědních oborech.

tags: #mechanismy #emise #elektronu #druhy

Oblíbené příspěvky:

• Brána do CHKO Brdy
• Ekologický Institut
• Přehled a Aktuality Emise Palka
• Efektivní recyklace: Jak na to?
• Odpadkové koše pro domácnost