✖


Jump to content

Сканирующий электронный микроскоп

Не путать со сканирующим туннельным микроскопом .

Изображение пыльцевых зерен , полученное на СЭМ, показывает характерную глубину резкости СЭМ . микроснимков
М. фон Арденна Первый СЭМ
СЭМ с открытой камерой для образцов
Аналоговый тип СЭМ

Сканирующий электронный микроскоп ( СЭМ ) — это тип электронного микроскопа , который создает изображения образца путем сканирования поверхности сфокусированным лучом электронов . Электроны взаимодействуют с атомами образца, создавая различные сигналы, содержащие информацию о топографии поверхности и составе образца. Электронный луч сканируется по шаблону растрового сканирования , и положение луча комбинируется с интенсивностью обнаруженного сигнала для создания изображения. В наиболее распространенном режиме СЭМ вторичные электроны , испускаемые атомами, возбужденными электронным лучом, обнаруживаются с помощью детектора вторичных электронов ( детектор Эверхарта-Торнли ). Количество вторичных электронов, которые можно обнаружить, и, следовательно, интенсивность сигнала, зависит, среди прочего, от топографии образца. Некоторые СЭМ могут достигать разрешения выше 1 нанометра.

Образцы наблюдают в высоком вакууме с помощью обычного СЭМ или в условиях низкого вакуума или во влажных условиях с помощью СЭМ с переменным давлением или окружающей средой, а также в широком диапазоне криогенных или повышенных температур с помощью специализированных инструментов. [1]

История

[ редактировать ]

Отчет о ранней истории сканирующей электронной микроскопии был представлен Макмалланом. [2] [3] Хотя Макс Нолл сделал фотографию с шириной поля объекта 50 мм, показывающую контрастность каналов с помощью сканера электронного луча, [4] именно Манфред фон Арденн в 1937 году изобрел [5] микроскоп с высоким разрешением путем сканирования очень маленького растра уменьшенным и тонко сфокусированным электронным лучом. В том же году Сесил Э. Холл также завершил строительство первого эмиссионного микроскопа в Северной Америке, всего через два года после того, как ему поручил его руководитель Э. Ф. Бертон из Университета Торонто. [6] Арденн применил сканирование электронного луча, пытаясь превзойти разрешение просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), а также смягчить существенные проблемы с хроматическими аберрациями, присущими реальному получению изображений в ПЭМ. Далее он обсудил различные режимы обнаружения, возможности и теорию SEM. [7] вместе с созданием первого РЭМ высокого разрешения . [8] О дальнейшей работе сообщила группа Зворыкина , [9] за ними последовали кембриджские группы в 1950-х и начале 1960-х годов. [10] [11] [12] [13] возглавляемый Чарльзом Оутли , все это в конечном итоге привело к выходу на рынок первого коммерческого инструмента Cambridge Scientific Instrument Company под названием «Стереоскан» в 1965 году, который был поставлен DuPont .

Принципы и возможности

[ редактировать ]
Источник электронов с эмиттером Шоттки
Объем взаимодействия электрона с веществом и типы генерируемых сигналов

Сигналы, используемые SEM для создания изображения, являются результатом взаимодействия электронного луча с атомами на различной глубине внутри образца. Генерируются различные типы сигналов, включая вторичные электроны (SE), отраженные или обратно рассеянные электроны (BSE), характеристические рентгеновские лучи и свет ( катодолюминесценция ) (CL), поглощенный ток (ток образца) и прошедшие электроны. Детекторы вторичных электронов являются стандартным оборудованием во всех СЭМ, но редко в одной машине есть детекторы для всех других возможных сигналов. [ нужна ссылка ]

Вторичные электроны имеют очень низкую энергию, порядка 50 эВ , что ограничивает их длину свободного пробега в твердом веществе. Следовательно, SE могут выйти только из верхних нескольких нанометров поверхности образца. Сигнал от вторичных электронов имеет тенденцию быть сильно локализованным в точке воздействия пучка первичных электронов, что позволяет собирать изображения поверхности образца с разрешением ниже 1 нм . Обратно-рассеянные электроны (BSE) — это электроны пучка, которые отражаются от образца в результате упругого рассеяния . Поскольку они имеют гораздо более высокую энергию, чем SE, они выходят из более глубоких мест внутри образца и, следовательно, разрешение изображений BSE меньше, чем изображений SE. Однако BSE часто используется в аналитическом SEM вместе со спектрами, полученными из характеристических рентгеновских лучей, поскольку интенсивность сигнала BSE сильно зависит от атомного номера (Z) образца. Изображения BSE могут предоставить информацию о распределении, но не об идентичности различных элементов в образце. В образцах, состоящих преимущественно из легких элементов, таких как биологические образцы, визуализация BSE может отображать из коллоидного золота иммунометки диаметром 5 или 10 нм, которые в противном случае было бы трудно или невозможно обнаружить на изображениях во вторичных электронах. [14] Характеристические рентгеновские лучи испускаются, когда электронный луч удаляет электрон внутренней оболочки из образца, в результате чего электрон с более высокой энергией заполняет оболочку и высвобождает энергию. Энергия или длина волны этих характеристических рентгеновских лучей может быть измерена с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии или рентгеновской спектроскопии с дисперсией по длине волны и использована для идентификации и измерения содержания элементов в образце и составления карты их распределения.

Из-за очень узкого электронного луча микрофотографии СЭМ имеют большую глубину резкости, что придает характерный трехмерный вид, полезный для понимания структуры поверхности образца. [15] Это иллюстрируется микрофотографией пыльцы, показанной выше. Возможен широкий диапазон увеличений: от примерно 10-кратного (приблизительно эквивалентного мощному ручному объективу) до более чем 500 000-кратного, что примерно в 250 раз превышает предел увеличения лучших световых микроскопов .

Подготовка проб

[ редактировать ]
Паук, покрытый золотом, подготовленный для просмотра с помощью SEM.
Низковольтная микрофотография (300 В) распределения капель клея на стикере Post-it . Никакого проводящего покрытия не наносилось: такое покрытие изменило бы этот хрупкий образец.

Образцы СЭМ должны быть достаточно маленькими, чтобы поместиться на предметном столике, и могут нуждаться в специальной подготовке для увеличения их электропроводности и стабилизации, чтобы они могли выдерживать условия высокого вакуума и пучок электронов высокой энергии. Образцы обычно жестко закрепляют на держателе или заглушке образца с помощью проводящего клея. СЭМ широко используется для анализа дефектов полупроводниковых пластин , а производители создают инструменты, которые могут исследовать любую часть полупроводниковой пластины диаметром 300 мм. Многие инструменты имеют камеры, которые могут наклонять объект такого размера на 45° и обеспечивать непрерывное вращение на 360°. [ нужна ссылка ]

Непроводящие образцы накапливают заряд при сканировании электронным лучом, особенно в режиме визуализации вторичных электронов, что приводит к ошибкам сканирования и другим артефактам изображения. Для получения обычных изображений с помощью СЭМ образцы должны быть электропроводящими , по крайней мере на поверхности, и электрически заземлены , чтобы предотвратить накопление электростатического заряда . Металлические объекты не требуют особой подготовки к СЭМ, за исключением очистки и проводящего крепления к заглушке образца. Непроводящие материалы обычно покрывают сверхтонким слоем электропроводящего материала, наносимым на образец либо методом напыления в низком вакууме , либо химическим осаждением. [ нужна ссылка ] или путем испарения в высоком вакууме. Проводящие материалы, используемые в настоящее время для покрытия образцов, включают золото , сплавы золота и палладия , платину , иридий , вольфрам , хром , осмий , [14] и графит . Покрытие тяжелыми металлами может увеличить соотношение сигнал/шум для образцов с низким атомным номером (Z). Улучшение происходит потому, что вторичная электронная эмиссия для материалов с высоким Z усиливается. [ нужна ссылка ]

Альтернативой покрытию для некоторых биологических образцов является увеличение объемной проводимости материала путем пропитки осмием с использованием вариантов метода ОТО- окрашивания (О- тетроксид осмия , Т- тиокарбогидразид , О- осмий ). [16] [17]

Непроводящие образцы можно визуализировать без покрытия, используя СЭМ окружающей среды (ESEM) или низковольтный режим работы СЭМ. В приборах ESEM образец помещается в камеру относительно высокого давления, а электронно-оптическая колонка подвергается дифференциальной накачке для поддержания адекватного вакуума. [ нужны разъяснения ] низко в электронной пушке. Область высокого давления вокруг образца в ESEM нейтрализует заряд и обеспечивает усиление сигнала вторичных электронов. [ нужна ссылка ] Низковольтный СЭМ обычно проводится в приборе с автоэмиссионными пушками (ФЭГ), который способен создавать высокую яркость первичных электронов и небольшой размер пятна даже при низких ускоряющих потенциалах. Чтобы предотвратить зарядку непроводящих образцов, условия эксплуатации необходимо подобрать так, чтобы входящий ток пучка был равен сумме исходящих токов вторичной и обратно рассеянных электронов, что чаще всего выполняется при ускоряющих напряжениях 0,3–4 кВ. [ нужна ссылка ]

Заливка в смолу с дальнейшей полировкой до зеркального блеска может использоваться как для биологических образцов, так и для образцов материалов при визуализации в обратнорассеянных электронах или при проведении количественного рентгеновского микроанализа.

Основные методы подготовки не требуются для СЭМ окружающей среды, описанного ниже, но фиксация некоторых биологических образцов может оказаться полезной.

Биологические образцы

[ редактировать ]

Обычно образец СЭМ должен быть полностью сухим, поскольку камера для образца находится под высоким вакуумом. Твердые сухие материалы, такие как дерево, кости, перья, сушеные насекомые или скорлупа (включая яичную скорлупу). [18] ) можно исследовать без дополнительной обработки, но живые клетки и ткани, а также целые организмы с мягким телом требуют химической фиксации для сохранения и стабилизации их структуры.

Фиксация обычно осуществляется путем инкубации в растворе забуференного химического фиксатора, такого как глутаральдегид , иногда в сочетании с формальдегидом. [19] [20] [21] и другие фиксаторы, [22] и необязательно с последующей постфиксацией четырехокисью осмия. [19] Фиксированная ткань затем обезвоживается. Поскольку сушка на воздухе вызывает коллапс и усадку, это обычно достигается путем замены воды в клетках органическими растворителями, такими как этанол или ацетон , и, в свою очередь, заменой этих растворителей переходной жидкостью, такой как жидкий диоксид углерода, путем сушки в критической точке . [23] Диоксид углерода окончательно удаляется в сверхкритическом состоянии, так что во время сушки внутри образца не остается границы раздела газ-жидкость.

Сухой образец обычно прикрепляется к заглушке образца с помощью клея, такого как эпоксидная смола или электропроводящая двусторонняя клейкая лента, и покрывается перед исследованием в микроскопе напылением золота или сплава золота и палладия. Образцы можно разделить (с помощью микротома ), если необходимо получить информацию о внутренней ультраструктуре организма для визуализации.

Если РЭМ оснащен холодным столиком для криомикроскопии, можно использовать криофиксацию и проводить низкотемпературную сканирующую электронную микроскопию на криогенно фиксированных образцах. [19] Криофиксированные образцы могут быть подвергнуты криоразлому в вакууме в специальном аппарате для выявления внутренней структуры, покрыты методом напыления и перенесены на крио-стадию СЭМ, пока они еще заморожены. [24] Низкотемпературная сканирующая электронная микроскопия (LT-SEM) также применима для визуализации чувствительных к температуре материалов, таких как лед. [25] [26] и жиры. [27]

Замораживание-разрыв, замораживание-травление или замораживание-и-разрыв — это метод подготовки, который особенно полезен для исследования липидных мембран и включенных в них белков в режиме «лицом к лицу». Метод приготовления позволяет выявить белки, встроенные в липидный бислой.

Материалы

[ редактировать ]

Визуализация изображений в обратнорассеянных электронах, количественный рентгеновский анализ и рентгеновское картирование образцов часто требуют шлифовки и полировки поверхностей до получения сверхгладкой поверхности. Образцы, которые подвергаются анализу WDS или EDS, часто имеют углеродное покрытие. Как правило, на металлы не наносят покрытия перед визуализацией с помощью СЭМ, поскольку они являются проводящими и обеспечивают собственный путь к земле. Фрактография — это исследование изломанных поверхностей, которое можно выполнить с помощью светового микроскопа или, обычно, с помощью электронного электронного микроскопа. Поверхность излома обрезается до подходящего размера, очищается от органических остатков и устанавливается на держатель образца для просмотра в СЭМ. Интегральные схемы можно разрезать с помощью сфокусированного ионного луча (FIB) или другого инструмента для фрезерования ионным лучом для просмотра в SEM. В первом случае СЭМ может быть встроен в ФИБ, что позволит получить изображение результата процесса с высоким разрешением. Металлы, геологические образцы и интегральные схемы также могут быть химически отполированы для просмотра в СЭМ. Для получения изображений неорганических тонких пленок с большим увеличением необходимы специальные методы нанесения покрытий с высоким разрешением.

Процесс сканирования и формирования изображения

[ редактировать ]
Схема СЭМ

В типичном РЭМ электронный луч испускается термоэлектронным способом из электронной пушки, с вольфрамовой нитью оснащенной катодом . Вольфрам обычно используется в термоэмиссионных электронных пушках, поскольку он имеет самую высокую температуру плавления и самое низкое давление паров среди всех металлов, что позволяет его электрически нагревать для эмиссии электронов, а также из-за его низкой стоимости. Другие типы эмиттеров электронов включают гексаборид лантана ( LaB
6 ) катоды, которые можно использовать в стандартном РЭМ с вольфрамовой нитью, если вакуумная система модернизирована, или в автоэмиссионных пушках (FEG), которые могут быть типа с холодным катодом с использованием вольфрамовых монокристаллических эмиттеров или Шоттки типа с термической поддержкой, в которых используются излучатели из монокристаллов вольфрама, покрытых оксидом циркония .

Электронный луч, который обычно имеет энергию в диапазоне от 0,2 кэВ до 40 кэВ, фокусируется одной или двумя конденсорными линзами в пятно диаметром от 0,4 до 5 нм. Луч проходит через пары сканирующих катушек или пары дефлекторных пластин в столбе электронов, обычно в конечной линзе, которые отклоняют луч по осям x и y так, что он растровым образом сканирует прямоугольную область поверхности образца. .

Механизмы эмиссии вторичных электронов, обратно рассеянных электронов и характеристического рентгеновского излучения атомами образца.

Когда первичный электронный пучок взаимодействует с образцом, электроны теряют энергию из-за многократного случайного рассеяния и поглощения в каплевидном объеме образца, известном как объем взаимодействия , который простирается от менее 100 нм до примерно 5 мкм вглубь поверхности. Размер объема взаимодействия зависит от энергии приземления электрона, атомного номера образца и плотности образца. Обмен энергией между электронным пучком и образцом приводит к отражении электронов высокой энергии за счет упругого рассеяния, испусканию вторичных электронов за счет неупругого рассеяния и испусканию электромагнитного излучения , каждое из которых может быть обнаружено специализированными детекторами. Ток луча, поглощаемый образцом, также можно обнаружить и использовать для создания изображений распределения тока образца. Электронные усилители различных типов используются для усиления сигналов, которые отображаются в виде изменений яркости на мониторе компьютера (или, для старинных моделей, на мониторе компьютера). электронно-лучевая трубка ). Каждый пиксель компьютерной видеопамяти синхронизируется с положением луча на образце в микроскопе, поэтому полученное изображение представляет собой карту распределения интенсивности сигнала, излучаемого из сканируемой области образца. Старые микроскопы записывали изображения на пленку, но большинство современных инструментов собирают цифровые изображения .

Серия увеличения для низкотемпературного СЭМ для снежных кристаллов. Кристаллы собирают, хранят и напыляют платиной при криогенных температурах для визуализации.

Увеличение

[ редактировать ]

Увеличение в СЭМ можно контролировать в диапазоне примерно 6 порядков от примерно 10 до 3 000 000 раз. [28] В отличие от оптических и просвечивающих электронных микроскопов, увеличение изображения в СЭМ не зависит от оптической силы объектива . СЭМ могут иметь конденсор и объективы, но их функция — фокусировать луч в точку, а не отображать образец. При условии, что электронная пушка сможет генерировать луч достаточно малого диаметра, РЭМ в принципе может работать полностью без конденсора и объектива. Однако он может быть не очень универсальным и не обеспечивать очень высокого разрешения. В СЭМ, как и в сканирующей зондовой микроскопии , увеличение зависит от соотношения растра на устройстве отображения и размеров растра на образце. Если предположить, что экран дисплея имеет фиксированный размер, большее увеличение происходит за счет уменьшения размера растра на образце, и наоборот. Таким образом, увеличение контролируется током, подаваемым на сканирующие катушки x, y, или напряжением, подаваемым на пластины дефлектора x, y, а не силой линзы объектива.

Обнаружение вторичных электронов

[ редактировать ]

Наиболее распространенный режим визуализации собирает вторичные электроны низкой энергии (<50 эВ), которые выбрасываются из зоны проводимости или валентной зоны атомов образца в результате неупругого рассеяния при взаимодействии с электронами пучка. Из-за своей низкой энергии эти электроны возникают на глубине нескольких нанометров ниже поверхности образца. [15] Электроны регистрируются детектором Эверхарта-Торнли . [29] представляет собой систему коллектор- сцинтиллятор - фотоумножитель . Вторичные электроны сначала собираются, притягивая их к электрически смещенной сетке с напряжением около +400 В, а затем дополнительно ускоряются по направлению к люминофору или сцинтиллятору, положительно смещенному примерно до +2000 В. Ускоренные вторичные электроны теперь обладают достаточной энергией, чтобы заставить сцинтиллятор вспыхнуть. испускают вспышки света (катодолюминесценция), которые передаются на фотоумножитель за пределами колонки СЭМ через световод и окно в стене камеры для образцов. Усиленный электрический сигнал, выдаваемый фотоумножителем, отображается в виде двумерного распределения интенсивности, которое можно просмотреть и сфотографировать на аналоговом видеодисплее или подвергнуть аналого-цифровому преобразованию , а затем отобразить и сохранить в виде цифрового изображения . Этот процесс основан на растровом сканировании первичного луча. Яркость сигнала зависит от количества вторичных электронов, достигающих детектора . Если луч входит в образец перпендикулярно поверхности, то активированная область однородна относительно оси луча и определенное количество электронов «выбегает» изнутри образца. По мере увеличения угла падения объем взаимодействия увеличивается, а расстояние «убегания» одной стороны луча уменьшается, в результате чего из образца вылетает больше вторичных электронов. Таким образом, крутые поверхности и края имеют тенденцию быть ярче, чем плоские поверхности, в результате чего изображения приобретают четко выраженный трехмерный вид. Использование сигнала вторичных электронов возможно разрешение изображения менее 0,5 нм.

Обнаружение обратно рассеянных электронов

[ редактировать ]
Сравнение методов СЭМ:
Вверху: анализ обратнорассеянных электронов – состав.
Внизу: анализ вторичных электронов – топография.

Обратно рассеянные электроны (BSE) состоят из электронов высокой энергии, возникающих в электронном пучке, которые отражаются или обратно рассеиваются из объема взаимодействия образца в результате упругого рассеяния при взаимодействии с атомами образца. Поскольку тяжелые элементы (с большим атомным номером) рассеивают электроны обратно сильнее, чем легкие элементы (с низким атомным номером), и поэтому кажутся ярче на изображении, BSE используются для обнаружения контраста между областями с различным химическим составом. [15] Детектор Эверхарта-Торнли, который обычно располагается с одной стороны образца, неэффективен для обнаружения обратно рассеянных электронов, поскольку мало таких электронов испускается в телесном угле, охватываемом детектором, а также потому, что положительно смещенная сетка обнаружения имеет мало возможностей. для привлечения более высокой энергии BSE. Специальные детекторы обратнорассеянных электронов расположены над образцом в виде «бублика», концентрически с пучком электронов, что максимально увеличивает телесный угол сбора. Детекторы BSE обычно бывают сцинтилляционными или полупроводниковыми. Когда все части детектора используются для сбора электронов симметрично относительно луча, создается контраст атомных номеров. Однако сильный топографический контраст достигается за счет сбора обратно рассеянных электронов с одной стороны над образцом с помощью асимметричного направленного детектора BSE; результирующий контраст выглядит как освещение топографии с этой стороны. Полупроводниковые детекторы могут быть выполнены в виде радиальных сегментов, которые можно включать и выключать для управления типом создаваемого контраста и его направленностью.

Обратнорассеянные электроны также можно использовать для формирования изображения дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD), которое можно использовать для определения кристаллографической структуры образца.

Инжекционный анализ полупроводников

[ редактировать ]

Природа зонда СЭМ (энергетические электроны) делает его уникальным для исследования оптических и электронных свойств полупроводниковых материалов. Электроны высокой энергии из луча РЭМ будут вводить носители заряда в полупроводник. Таким образом, электроны пучка теряют энергию, продвигая электроны из валентной зоны в зону проводимости , оставляя после себя дырки .

В материале с прямой запрещенной зоной рекомбинация этих электронно-дырочных пар приведет к катодолюминесценции; Если образец содержит внутреннее электрическое поле, например, присутствующее в pn-переходе , инжекция носителей пучком SEM вызовет тока, индуцированного электронным лучом протекание (EBIC). Катодолюминесценция и EBIC называются методами «лучевой инъекции» и являются очень мощными методами исследования оптоэлектронного поведения полупроводников, в частности, для изучения наноразмерных особенностей и дефектов.

Катодолюминесценция

[ редактировать ]
Наложение цветной катодолюминесценции на СЭМ-изображение поликристалла InGaN . Синий и зеленый каналы представляют реальные цвета, красный канал соответствует УФ-излучению.

Катодолюминесценция , излучение света, когда атомы, возбужденные электронами высокой энергии, возвращаются в свое основное состояние, аналогична УФ-излучением индуцированной флуоресценции, , и некоторые материалы, такие как сульфид цинка и некоторые флуоресцентные красители, демонстрируют оба явления. В последние десятилетия катодолюминесценцию чаще всего воспринимали как излучение света с внутренней поверхности электронно -лучевой трубки в телевизорах и компьютерных ЭЛТ-мониторах. В SEM детекторы CL либо собирают весь свет, излучаемый образцом, либо могут анализировать длины волн, излучаемые образцом, и отображать спектр излучения или изображение распределения катодолюминесценции, излучаемой образцом, в реальном цвете.

Рентгеновский микроанализ

[ редактировать ]

Характеристические рентгеновские лучи , образующиеся при взаимодействии электронов с образцом, также могут быть обнаружены с помощью SEM, оборудованного для энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии или рентгеновской спектроскопии с дисперсией по длине волны . Анализ рентгеновских сигналов можно использовать для картирования распределения и оценки содержания элементов в образце.

Резолюция СЭМ

[ редактировать ]
Видео, иллюстрирующее типичный практический диапазон увеличения сканирующего электронного микроскопа, предназначенного для биологических образцов. Видео начинается с разрешения 25×, около 6 мм по всему полю зрения, и увеличивается до 12000×, около 12 мкм по всему полю зрения. Сферические объекты представляют собой стеклянные шарики диаметром 10 мкм, по диаметру схожие с эритроцитами .

СЭМ не является камерой , и детектор не обеспечивает непрерывное формирование изображения, как ПЗС- матрица или пленка . В отличие от оптической системы, разрешение не ограничено дифракционным пределом , тонкостью линз или зеркал или разрешением матрицы детекторов. Фокусирующая оптика может быть большой и грубой, а детектор SE размером с кулак просто фиксирует ток. Вместо этого пространственное разрешение РЭМ зависит от размера электронного пятна, которое, в свою очередь, зависит как от длины волны электронов, так и от электронно-оптической системы, создающей сканирующий луч. Разрешение также ограничено размером взаимодействующего объема — объемом материала образца, который взаимодействует с электронным лучом. Размер пятна и объем взаимодействия велики по сравнению с расстояниями между атомами, поэтому разрешение СЭМ недостаточно велико для изображения отдельных атомов, как это возможно с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Однако у SEM есть компенсирующие преимущества, в том числе способность отображать сравнительно большую площадь образца; возможность изображения объемных материалов (а не только тонких пленок или фольги); и разнообразие аналитических режимов, доступных для измерения состава и свойств образца. В зависимости от прибора разрешение может находиться в диапазоне от менее 1 до 20 нм. По состоянию на 2009 год обычный в мире СЭМ с самым высоким разрешением (≤30 кВ) может достигать точечного разрешения 0,4 нм с использованием детектора вторичных электронов. [30]

Экологическое СЭМ

[ редактировать ]
Основная статья: Сканирующий электронный микроскоп окружающей среды

Обычный СЭМ требует, чтобы образцы отображались в вакууме , поскольку газовая атмосфера быстро распространяется и ослабляет электронные лучи. Как следствие, пробы, выделяющие значительное количество пара , например, влажные биологические пробы или нефтеносные породы, должны быть либо высушены, либо криогенно заморожены. Процессы, связанные с фазовыми переходами , такие как сушка клеев или плавление сплавов , транспорт жидкости, химические реакции и системы твердое тело-воздух-газ, как правило, не могут наблюдаться с помощью обычного высоковакуумного СЭМ. При экологическом РЭМ (ЭСЭМ) из камеры откачивается воздух, но водяной пар сохраняется вблизи давления насыщения, а остаточное давление остается относительно высоким. Это позволяет анализировать образцы, содержащие воду или другие летучие вещества. С помощью ESEM стало возможным наблюдение за живыми насекомыми. [31]

Первая коммерческая разработка ESEM в конце 1980-х годов. [32] [33] позволяло наблюдать образцы в газовых средах с низким давлением (например, 1–50 Торр или 0,1–6,7 кПа) и высокой относительной влажностью (до 100%). Это стало возможным благодаря разработке детектора вторичных электронов. [34] [35] способный работать в присутствии водяного пара и за счет использования ограничивающих давление апертур с дифференциальной накачкой на пути электронного луча для отделения области вакуума (вокруг пушки и линз) от камеры образца. Первые коммерческие ESEM были произведены корпорацией ElectroScan в США в 1988 году. ElectroScan перешла во владение компании Philips (которая позже продала свое подразделение электронной оптики компании FEI) в 1996 году. [36]

ESEM особенно полезен для неметаллических и биологических материалов, поскольку покрытие углеродом или золотом не требуется. без покрытия Пластики и эластомеры можно регулярно исследовать, как и биологические образцы без покрытия. Это полезно, поскольку покрытие может быть трудно отменить, оно может скрыть мелкие детали на поверхности образца и может снизить ценность полученных результатов. Рентгеновский анализ затруднен при покрытии из тяжелого металла, поэтому в обычных СЭМ обычно используются углеродные покрытия, но ESEM позволяет выполнять рентгеновский микроанализ на непроводящих образцах без покрытия; однако в рентгеновском анализе появляются некоторые специфические для ESEM артефакты. ESEM может быть предпочтительным для электронной микроскопии уникальных образцов, полученных в результате уголовных или гражданских дел, где судебно-медицинский анализ может потребоваться повторить несколькими разными экспертами. Можно изучать образцы в жидкости с помощью ESEM или других методов жидкофазной электронной микроскопии . [37]

Трансмиссия СЭМ

[ редактировать ]

СЭМ также можно использовать в режиме передачи, просто встроив соответствующий детектор под тонкий участок образца. [38] Доступны детекторы для светлого поля и темного поля, а также сегментированные детекторы для кольцевого темного поля от среднего поля до большого угла . Несмотря на разницу в оборудовании, этот метод до сих пор обычно называют сканирующей трансмиссионной электронной микроскопией (STEM) .

SEM в судебной медицине

[ редактировать ]

СЭМ часто используется в судебной медицине для расширенного анализа микроскопических объектов, таких как диатомовые водоросли и остатки огнестрельного оружия . Поскольку СЭМ оказывает неразрушающее воздействие на образец, его можно использовать для анализа доказательств, не повреждая их. СЭМ направляет на образец луч электронов высокой энергии, которые отскакивают от него, не изменяя и не разрушая его. Это здорово, когда дело доходит до анализа диатомей. Когда человек умирает в результате утопления, он вдыхает воду, в результате чего содержимое воды (диатомовые водоросли) попадает в кровоток, мозг, почки и т. д. Эти диатомовые водоросли в организме можно увеличить с помощью СЭМ, чтобы определить тип диатомовых водорослей, что поможет понять, как и где умер человек. Используя изображения, полученные с помощью SEM, судебно-медицинские эксперты могут сравнить типы диатомовых водорослей, чтобы подтвердить, в каком водоеме умер человек. [39]

Анализ остатков огнестрельного оружия (GSR) можно проводить с помощью множества различных аналитических инструментов. [40] но СЭМ является распространенным способом анализа неорганических соединений, поскольку он может точно анализировать типы элементов (в основном металлов) с помощью трех детекторов: детектора обратного рассеяния электронов, детектора вторичных электронов и детектора рентгеновского излучения . GSR можно собрать с места преступления, у жертвы или стрелка и проанализировать с помощью SEM. Это может помочь ученым определить близость и/или контакт с выпущенным огнестрельным оружием. [40]

Цвет в SEM

[ редактировать ]

Электронные микроскопы естественным образом не создают цветных изображений, поскольку СЭМ выдает одно значение на пиксель ; это значение соответствует количеству электронов, полученных детектором за небольшой период времени сканирования, когда луч направлен на положение пикселя (x, y).

Это единственное число обычно представляется для каждого пикселя уровнем серого, образуя монохромное изображение. [41] Однако для получения цветных изображений электронной микроскопии было использовано несколько способов. [42]

Ложный цвет с использованием одного детектора

[ редактировать ]
  • На композиционных изображениях плоских поверхностей (обычно BSE):

Самый простой способ получить цвет — связать с этим единственным числом произвольный цвет, используя справочную таблицу цветов (т. е. каждый уровень серого заменяется выбранным цветом). Этот метод известен как ложный цвет . На изображении BSE можно использовать искусственный цвет, чтобы лучше различать различные фазы образца. [43]

  • На изображениях с текстурированной поверхностью:

В качестве альтернативы простой замене каждого уровня серого цветом образец, наблюдаемый косым лучом, позволяет исследователям создать приблизительное изображение топографии (см. далее раздел «Фотометрическая 3D-рендеринг из одного изображения СЭМ» ). Такая топография затем может быть обработана алгоритмами 3D-рендеринга для более естественной визуализации текстуры поверхности.

  • Поверхность камня в почках
    Поверхность камня в почках
  • То же после повторной обработки цвета по предполагаемой топографии.
    То же после повторной обработки цвета по предполагаемой топографии.
  • СЭМ-изображение диагенетически измененного дискаотера
    СЭМ-изображение диагенетически измененного дискаотера
  • То же изображение после аналогичной раскраски
    То же изображение после аналогичной раскраски

Раскраска изображений СЭМ

[ редактировать ]

Очень часто публикуемые СЭМ-изображения искусственно окрашены. [43] Это может быть сделано для эстетического эффекта, для уточнения структуры или для придания образцу реалистичного внешнего вида и, как правило, не добавляет информации об образце. [44]

Раскраска может выполняться вручную с помощью программного обеспечения для редактирования фотографий или полуавтоматически с помощью специального программного обеспечения с использованием обнаружения признаков или объектно-ориентированной сегментации. [45]

Цвет, построенный с использованием нескольких детекторов электронов

[ редактировать ]

В некоторых конфигурациях на каждый пиксель собирается больше информации, часто за счет использования нескольких детекторов. [46]

В качестве типичного примера детекторы вторичных электронов и детекторы обратнорассеянных электронов накладываются друг на друга, и каждому изображению, полученному каждым детектором, назначается цвет. [47] [48] с результатом комбинированного цветного изображения, где цвета связаны с плотностью компонентов. Этот метод известен как цветной СЭМ, зависящий от плотности (DDC-SEM). Микрофотографии, полученные с помощью DDC-SEM, сохраняют топографическую информацию, которая лучше улавливается детектором вторичных электронов, и объединяют ее с информацией о плотности, полученной детектором обратно рассеянных электронов. [49] [50]

  • DDC-SEM кальцинированных частиц в сердечной ткани - Сигнал 1: SE
    DDC-SEM кальцинированных частиц в сердечной ткани - Сигнал 1: SE
  • Сигнал 2: BSE
    Сигнал 2: BSE
  • Раскрашенное изображение, полученное из двух предыдущих. Цветная сканирующая электронная микрофотография сердечно-сосудистой кальцификации, зависящая от плотности (DDC-SEM), на которой оранжевым цветом показаны сферические частицы фосфата кальция (более плотный материал), а зеленым - внеклеточный матрикс (менее плотный материал).
    Раскрашенное изображение, полученное из двух предыдущих. Цветная сканирующая электронная микрофотография сердечно-сосудистой кальцификации, зависящая от плотности (DDC-SEM), на которой оранжевым цветом показаны сферические частицы фосфата кальция (более плотный материал), а зеленым - внеклеточный матрикс (менее плотный материал).
  • Та же работа, но в большем масштабе, часть исследования кальцификации сердечно-сосудистой ткани человека.
    Та же работа, но в большем масштабе, часть исследования кальцификации сердечно-сосудистой ткани человека.

Аналитические сигналы на основе генерируемых фотонов

[ редактировать ]

Измерение энергии фотонов, испускаемых образцом, является распространенным методом получения аналитических возможностей. Примерами являются детекторы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), используемые в элементном анализе, и системы катодолюминесцентного микроскопа (CL), которые анализируют интенсивность и спектр электронно-индуцированной люминесценции (например) в геологических образцах. В системах SEM, использующих эти детекторы, эти дополнительные сигналы обычно кодируются цветом и накладываются на одно цветное изображение, чтобы можно было четко увидеть и сравнить различия в распределении различных компонентов образца. При желании стандартное изображение во вторичных электронах можно объединить с одним или несколькими композиционными каналами, чтобы можно было сравнить структуру и состав образца. Такие изображения можно создавать, сохраняя полную целостность исходных данных сигнала, которые никак не модифицируются.

3D и СЭМ

[ редактировать ]

СЭМ, естественно, не обеспечивает 3D-изображений В отличие от СЗМ, . Однако 3D-данные можно получить с помощью SEM различными методами следующим образом.

3D SEM-реконструкция по стереопаре

[ редактировать ]
  • Фотограмметрия — наиболее метрологически точный метод придания третьего измерения изображениям, полученным с помощью РЭМ. [43] В отличие от фотометрических методов (следующий абзац), фотограмметрия рассчитывает абсолютные высоты с использованием методов триангуляции . Недостатки заключаются в том, что он работает только при наличии минимальной текстуры и требует получения двух изображений под двумя разными углами, что предполагает использование наклонного столика. ( Фотограмметрия — это программная операция, которая вычисляет сдвиг (или «несоответствие») для каждого пикселя между левым изображением и правым изображением одной и той же пары. Такое несоответствие отражает локальную высоту).
  • Стереопара микрофоссилий размером менее 1 мм (Ostracoda) на СЭМ, полученная наклоном вдоль продольной оси.
    СЭМ-стереопара микрокаменелостей размером менее 1 мм ( Ostracoda ), полученная наклоном вдоль продольной оси.
  • По этой паре изображений SEM третье измерение было реконструировано с помощью фотограмметрии (с использованием программного обеспечения MountainsSEM, см. следующее изображение); затем была создана серия 3D-изображений под разными углами и собрана в файл GIF для создания этой анимации.
    По этой паре изображений SEM третье измерение было реконструировано с помощью фотограмметрии (с использованием программного обеспечения MountainsSEM , см. следующее изображение); затем была создана серия 3D-изображений под разными углами и собрана в файл GIF для создания этой анимации.
  • Трехмерная реконструкция поверхности калибровочного образца шероховатости (Ra = 3 мкм) (используемого для калибровки профилометров) по двум изображениям сканирующего электронного микроскопа, наклоненным на 15 ° (вверху слева). Расчет 3D-модели (внизу справа) занимает около 1,5 секунды[51], а погрешность расчета значения шероховатости Ra составляет менее 0,5%.
    Трехмерная реконструкция поверхности калибровочного образца шероховатости (Ra = 3 мкм) (используемого для калибровки профилометров) по двум изображениям сканирующего электронного микроскопа, наклоненным на 15 ° (вверху слева). Расчет 3D-модели (справа внизу) занимает около 1,5 секунды. [51] а погрешность расчета значения шероховатости Ra составляет менее 0,5%.

Фотометрическая 3D-СЭМ-реконструкция четырехквадрантного детектора по методу «форма из затенения»

[ редактировать ]

В этом методе обычно используется четырехквадрантный детектор BSE (в качестве альтернативы для одного производителя - трехсегментный детектор). Микроскоп одновременно создает четыре изображения одного и того же образца, поэтому наклон образца не требуется. Этот метод дает метрологические трехмерные размеры при условии, что наклон образца остается приемлемым. [43] Сейчас (2018 г.) большинство производителей СЭМ предлагают такой встроенный или дополнительный четырехквадрантный детектор BSE вместе с собственным программным обеспечением для расчета трехмерного изображения в реальном времени. [52]

Другие подходы используют более сложные (а иногда и ресурсоемкие) методы, такие как алгоритм оптимальной оценки , и предлагают гораздо лучшие результаты. [53] ценой высоких требований к вычислительной мощности.

Во всех случаях этот подход работает за счет интегрирования уклона, поэтому вертикальные уклоны и выступы игнорируются; например, если вся сфера лежит на плоскости, над плоскостью видно немного больше, чем верхняя полусфера, что приводит к неправильной высоте вершины сферы. Заметность этого эффекта зависит от угла наклона детекторов BSE по отношению к образцу, но эти детекторы обычно располагаются вокруг электронного луча (и близко к нему), поэтому этот эффект очень распространен.

Фотометрический 3D-рендеринг одного изображения СЭМ

[ редактировать ]

Для этого метода требуется изображение СЭМ, полученное при наклонном освещении под малым углом. Затем уровень серого интерпретируется как наклон, а наклон интегрируется для восстановления топографии образца. Этот метод интересен для улучшения зрения и определения формы и положения объектов; однако вертикальную высоту обычно невозможно откалибровать, в отличие от других методов, таких как фотограмметрия. [43]

  • СЭМ-изображение поверхности сложного глаза домашней мухи при увеличении 450×.
    СЭМ-изображение поверхности сложного глаза домашней мухи при увеличении 450×.
  • Деталь предыдущего изображения.
    Деталь предыдущего изображения.
  • 3D-реконструкция SEM из предыдущего с использованием алгоритмов затенения формы.
    3D-реконструкция SEM из предыдущего с использованием алгоритмов затенения формы .
  • То же, что и предыдущий, но освещение гомогенизировано перед применением формы из алгоритмов затенения.
    То же, что и предыдущий, но освещение гомогенизировано перед применением формы из алгоритмов затенения.

Другие виды 3D SEM-реконструкции

[ редактировать ]
  • Обратная реконструкция с использованием интерактивных моделей электронного материала [54] [55]
  • Реконструкция в нескольких разрешениях с использованием одного 2D-файла. Высококачественные 3D-изображения могут быть идеальным решением для выявления сложностей любой пористой среды, но их получение является дорогостоящим и отнимает много времени. С другой стороны, высококачественные 2D-изображения SEM широко доступны. Недавно был представлен новый трехэтапный многомасштабный метод реконструкции с несколькими разрешениями, который напрямую использует 2D-изображения для разработки 3D-моделей. Этот метод, основанный на энтропии Шеннона и условном моделировании, может использоваться для большинства доступных стационарных материалов и позволяет строить различные стохастические 3D-модели, используя всего лишь несколько тонких сечений. [56] [57] [58]
  • Ионно-абразивный SEM (IA-SEM) — это метод наноразмерной трехмерной визуализации, в котором используется сфокусированный луч галлия для многократного истирания поверхности образца на 20 нанометров за раз. Затем каждая открытая поверхность сканируется для составления трехмерного изображения. [59] [60]

Применение 3D SEM

[ редактировать ]

Одним из возможных применений является измерение шероховатости кристаллов льда. Этот метод может сочетать в себе СЭМ окружающей среды с переменным давлением и трехмерные возможности СЭМ для измерения шероховатости отдельных граней кристаллов льда, преобразования ее в компьютерную модель и проведения дальнейшего статистического анализа модели. [61] Другие измерения включают фрактальную размерность, исследование поверхности излома металлов, характеристику материалов, измерение коррозии и измерения размеров в наномасштабе (высота ступеньки, объем, угол, плоскостность, коэффициент подшипника, копланарность и т. д.). [ нужна ссылка ]

СЭМ также используется защитниками произведений искусства для выявления угроз стабильности поверхности картин из-за старения, таких как образование комплексов ионов цинка с жирными кислотами . [62] Криминалисты используют SEM для обнаружения подделок произведений искусства .

[ редактировать ]

Ниже приведены примеры изображений, полученных с помощью SEM.

  • Цветное СЭМ-изображение соевой нематоды и яйца. Искусственная окраска облегчает просмотр и понимание структур и поверхностей, выявленных на микрофотографиях, неспециалистам.
    Цветное СЭМ-изображение соевой нематоды и яйца. Искусственная окраска облегчает просмотр и понимание структур и поверхностей, выявленных на микрофотографиях, неспециалистам.
  • Сложный глаз антарктического криля Euphausia superba. Глаза членистоногих часто используются на микрофотографиях, полученных с помощью СЭМ, из-за глубины резкости, которую может уловить изображение, полученное с помощью СЭМ. Цветная картинка.
    Сложный глаз антарктического криля Euphausia superba . Глаза членистоногих часто используются на микрофотографиях, полученных с помощью СЭМ, из-за глубины резкости, которую может уловить изображение, полученное с помощью СЭМ. Цветная картинка.
  • Омматидии глаза антарктического криля, большее увеличение глаза криля. СЭМ охватывают диапазон от световой микроскопии до увеличений, доступных с помощью ПЭМ. Цветная картинка.
    Омматидии глаза антарктического криля , большее увеличение глаза криля. СЭМ охватывают диапазон от световой микроскопии до увеличений, доступных с помощью ПЭМ . Цветная картинка.
  • СЭМ-изображение нормальной циркулирующей крови человека. Это старая и зашумленная микрофотография обычного объекта для микрофотографий СЭМ: эритроцитов.
    СЭМ-изображение нормальной циркулирующей крови человека . Это старая и зашумленная микрофотография обычного объекта для микрофотографий СЭМ: эритроцитов.
  • СЭМ-изображение гедереллоида из девона Мичигана (наибольший диаметр трубки 0,75 мм). СЭМ широко используется для получения детальных изображений микро- и макрокаменелостей.
    СЭМ-изображение гедереллоида из девона Мичигана (наибольший диаметр трубки 0,75 мм). СЭМ широко используется для получения детальных изображений микро- и макрокаменелостей.
  • Изображение в обратно рассеянных электронах (BSE) богатой сурьмой области во фрагменте древнего стекла. Музеи используют СЭМ для изучения ценных артефактов неразрушающим способом.
    Изображение области, богатой сурьмой , во фрагменте древнего стекла, полученное в обратнорассеянных электронах (BSE). Музеи используют СЭМ для изучения ценных артефактов неразрушающим способом.
  • СЭМ-изображение слоя коррозии на поверхности фрагмента древнего стекла; Обратите внимание на пластинчатую структуру коррозионного слоя.
    СЭМ-изображение слоя коррозии на поверхности фрагмента древнего стекла; Обратите внимание на пластинчатую структуру коррозионного слоя.
  • СЭМ-изображение слоя фоторезиста, используемого в производстве полупроводников, полученное с помощью автоэмиссионного СЭМ. Эти СЭМ важны в полупроводниковой промышленности благодаря своим возможностям высокого разрешения.
    СЭМ-изображение слоя фоторезиста , используемого в производстве полупроводников , полученное с помощью автоэмиссионного СЭМ. Эти СЭМ важны в полупроводниковой промышленности благодаря своим возможностям высокого разрешения.
  • СЭМ-изображение поверхности камня в почках, на котором видны тетрагональные кристаллы ведделлита (дигидрат оксалата кальция), выходящие из аморфной центральной части камня. Длина рисунка по горизонтали составляет 0,5 мм от фигурного оригинала.
    СЭМ-изображение поверхности камня в почках, на котором видны тетрагональные кристаллы ведделлита (дигидрат оксалата кальция), выходящие из аморфной центральной части камня. Длина рисунка по горизонтали составляет 0,5 мм от фигурного оригинала.
  • Два изображения снежных кристаллов одинаковой глубины, просмотренные через световой микроскоп (слева) и в виде изображения СЭМ (справа). Обратите внимание, что изображение СЭМ позволяет четко воспринимать мелкие детали структуры, которые трудно полностью различить на изображении светового микроскопа.
    Два изображения снежных кристаллов одинаковой глубины , просмотренные через световой микроскоп (слева) и в виде изображения СЭМ (справа). Обратите внимание, что изображение СЭМ позволяет четко воспринимать мелкие детали структуры, которые трудно полностью различить на изображении светового микроскопа.
  • Эпидермальные клетки внутренней поверхности луковых чешуек. Под шагреневидными клеточными стенками можно увидеть плавающие в цитоплазме ядра и мелкие органеллы. Это BSE-изображение образца, окрашенного лантаноидами, было получено без предварительной фиксации, обезвоживания или распыления.
    Эпидермальные клетки внутренней поверхности луковых чешуек. Под шагреневидными клеточными стенками можно увидеть плавающие в цитоплазме ядра и мелкие органеллы. Это BSE-изображение образца, окрашенного лантаноидами, было получено без предварительной фиксации, обезвоживания или распыления.
  • СЭМ-изображение устьиц на нижней поверхности листа.
    СЭМ-изображение устьиц на нижней поверхности листа.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Стоукс, Дебби Дж. (2008). Принципы и практика сканирующей электронной микроскопии при переменном давлении в условиях окружающей среды (VP-ESEM) . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0470758748 .
  2. ^ Макмаллан, Д. (2006). «Сканирующая электронная микроскопия 1928–1965» . Сканирование . 17 (3): 175–185. дои : 10.1002/sca.4950170309 . ПМЦ   2496789 .
  3. ^ Макмаллан, Д. (1988). «Фон Арденн и сканирующий электронный микроскоп». Proc Roy Microsc Soc . 23 : 283–288.
  4. ^ Нолл, Макс (1935). «Зарядный потенциал и вторичная эмиссия тел, облученных электронами». Журнал технической физики . 16 : 467-475.
  5. ^ GB 511204 , фон Арденн, Манфред, «Усовершенствования в электронных микроскопах», опубликовано 15 августа 1939 г.  
  6. ^ https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/07CA329CE1E1FF29442C48A64BC16C2F/S1551929500066402a.pdf/history-of-electron-microscope-in-north-america.pdf
  7. ^ фон Арденн, Манфред (1938). «Электронный сканирующий микроскоп. Теоретические основы». Журнал физики (на немецком языке). 109 (9–10): 553–572. Бибкод : 1938ZPhy..109..553V . дои : 10.1007/BF01341584 . S2CID   117900835 .
  8. ^ фон Арденн, Манфред (1938). «Электронный сканирующий микроскоп. Практическая реализация». Журнал технической физики (на немецком языке). 19 : 407–416.
  9. ^ Зворыкин В.А., Хиллер Дж., Снайдер Р.Л. (1942) Сканирующий электронный микроскоп. ASTM Bull 117, 15–23.
  10. ^ Макмаллан, Д. (1953). «Улучшенный сканирующий электронный микроскоп для непрозрачных образцов». Труды IEE - Часть II: Энергетика . 100 (75): 245–256. дои : 10.1049/пи-2.1953.0095 .
  11. ^ Оатли К.В., Никсон В.К., Пиз RFW (1965) Сканирующая электронная микроскопия. Adv Electronics Electron Phys 21, 181–247.
  12. ^ Смит, KCA; Оутли, CW (1955). «Сканирующий электронный микроскоп и области его применения». Британский журнал прикладной физики . 6 (11): 391–399. Бибкод : 1955BJAP....6..391S . дои : 10.1088/0508-3443/11.06.304 .
  13. ^ Уэллс О.К. (1957) Конструкция сканирующего электронного микроскопа и его применение для изучения волокон. Докторская диссертация, Кембриджский университет.
  14. ^ Перейти обратно: а б Сузуки, Э. (2002). «Сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения меченных иммунозолотом клеток с использованием тонкого плазменного покрытия осмия». Журнал микроскопии . 208 (3): 153–157. дои : 10.1046/j.1365-2818.2002.01082.x . ПМИД   12460446 . S2CID   42452027 .
  15. ^ Перейти обратно: а б с Гольдштейн, Дж.И.; Ньюбери, Делавэр; Эхлин, П.; Джой, округ Колумбия; Фиори, К.; Лифшин, Е. (1981). Сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ . Нью-Йорк: Пленум Пресс. ISBN  978-0-306-40768-0 .
  16. ^ Селигман, Арнольд М.; Вассеркруг, Ханна Л.; Хэнкер, Джейкоб С. (1966). «Новый метод окрашивания для усиления контрастности липидсодержащих мембран и капель в ткани, фиксированной тетроксидом осмия, осмиофильным тиокарбогидразидом (TCH)» . Журнал клеточной биологии . 30 (2): 424–432. дои : 10.1083/jcb.30.2.424 . ПМК   2106998 . ПМИД   4165523 .
  17. ^ Малик, Линда Э.; Уилсон, Ричард Б.; Стетсон, Дэвид (1975). «Модифицированная процедура с использованием тиокарбогидразида для сканирующей электронной микроскопии: обычное использование для нормальных, патологических или экспериментальных тканей». Биотехника и гистохимия . 50 (4): 265–269. дои : 10.3109/10520297509117069 . ПМИД   1103373 .
  18. ^ Конрад, Сайлер; Джонс, Эмили Лена; Ньюсом, Сет Д.; Шварц, Дуглас В. (2016). «Костные изотопы, яичная скорлупа и разведение индеек в Арройо Хондо Пуэбло». Журнал археологической науки: отчеты . 10 : 566–574. Бибкод : 2016JArSR..10..566C . дои : 10.1016/j.jasrep.2016.06.016 .
  19. ^ Перейти обратно: а б с Джеффри, CE; Рид, Н.Д. (1991). «Амбиентная и низкотемпературная сканирующая электронная микроскопия». Ин Холл, JL; Хоуз, Ч.Р. (ред.). Электронная микроскопия растительных клеток . Лондон: Академическая пресса. стр. 313–413. ISBN  978-0-12-318880-9 .
  20. ^ Карновский, МЮ (1965). «Фиксатор формальдегид-глутаральдегид высокой осмоляльности для использования в электронной микроскопии» (PDF) . Журнал клеточной биологии . 27 (2): 1А–149А. JSTOR   1604673 .
  21. ^ Кирнан, Дж.А. (2000). «Формальдегид, формалин, параформальдегид и глутаральдегид: что это такое и что они делают» . Микроскопия сегодня . 2000 (1): 8–12. дои : 10.1017/S1551929500057060 . S2CID   100881495 .
  22. ^ Рассел, SD; Даглян, К.П. (1985). «Наблюдения с помощью сканирующей электронной микроскопии на извлеченных срезах биологической ткани: сравнение различных фиксаторов и материалов для заливки». Журнал техники электронной микроскопии . 2 (5): 489–495. дои : 10.1002/jemt.1060020511 .
  23. ^ Чендлер, Дуглас Э.; Роберсон, Роберт В. (2009). Биовизуализация: современные концепции световой и электронной микроскопии . Садбери, Массачусетс: Издательство Jones and Bartlett. ISBN  9780763738747 .
  24. ^ Фолкнер, Кристина; и др. (2008). «Заглянув в ямочные поля: модель множественного двойникования образования вторичных плазмодесм в табаке» . Растительная клетка . 20 (6): 1504–18. дои : 10.1105/tpc.107.056903 . ПМЦ   2483367 . ПМИД   18667640 .
  25. ^ Вергин, В.П.; Эрбе, Э.Ф. (1994). «Снежные кристаллы: захват снежинок для наблюдения с помощью низкотемпературного сканирующего электронного микроскопа» . Сканирование . 16 (Дополнение IV): IV88. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 15 декабря 2012 г.
  26. ^ Барнс, PRF; Малвейни, Р.; Вольф, EW; Робинсон, Калифорния (2002). «Методика исследования полярных льдов с помощью сканирующего электронного микроскопа». Журнал микроскопии . 205 (2): 118–124. дои : 10.1046/j.0022-2720.2001.00981.x . ПМИД   11879426 . S2CID   35513404 .
  27. ^ Хиндмарш, JP; Рассел, AB; Чен, XD (2007). «Основы распылительной заморозки пищевых продуктов — микроструктура замороженных капель». Журнал пищевой инженерии . 78 (1): 136–150. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2005.09.011 .
  28. ^ «Сканирующий электронный микроскоп сверхвысокого разрешения SU9000» .
  29. ^ Эверхарт, штат Техас; Торнли, RFM (1960). «Широкополосный детектор микро-микроамперных электронных токов низкой энергии» (PDF) . Журнал научных инструментов . 37 (7): 246–248. Бибкод : 1960JScI...37..246E . дои : 10.1088/0950-7671/37/7/307 .
  30. ^ Hitachi представляет FE-SEM с самым высоким разрешением в мире . Нанотехнологии сейчас . 31 мая 2011 г.
  31. ^ Такаку, Ясухару; Сузуки, Хироши; Ота, Исао; Цуцуи, Таками; Мацумото, Харуко; Симомура, Масацугу; Харияма, Такахико (7 марта 2015 г.). «Поверхностный щит «Нанокостюм» успешно защищает организмы в высоком вакууме: наблюдения за живыми организмами с помощью FE-SEM» . Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 282 (1802): 20142857. doi : 10.1098/rspb.2014.2857 . ISSN   0962-8452 . ПМК   4344158 . ПМИД   25631998 .
  32. ^ Данилатос, Грузия (1988). «Основы сканирующей электронной микроскопии окружающей среды». Достижения электроники и электронной физики Том 71 . Том. 71. С. 109–250. дои : 10.1016/S0065-2539(08)60902-6 . ISBN  9780120146710 .
  33. ^ Патент США 4823006 , Данилатос, Герасимос Д. и Льюис, Джордж К., «Интегрированная электронно-оптическая / дифференциальная накачка / система обнаружения сигналов для сканирующего электронного микроскопа окружающей среды», выдан 18 апреля 1989 г.  
  34. ^ Данилатос, Грузия (1990). Теория газового детекторного устройства в ЭСЭМ . Достижения электроники и электронной физики. Том. 78. стр. 1–102. дои : 10.1016/S0065-2539(08)60388-1 . ISBN  9780120146789 .
  35. ^ патент США 4785182 , Манкузо, Джеймс Ф.; Максвелл, Уильям Б. и Данилатос, Герасимос Д., «Детектор вторичных электронов для использования в газовой атмосфере», выпущено 15 ноября 1988 г.  
  36. ^ История электронной микроскопии 1990-х. Архивировано 4 марта 2007 г. на archive.today . sfc.fr
  37. ^ де Йонге, Н.; Росс, FM (2011). «Электронная микроскопия препаратов в жидкости». Природные нанотехнологии . 6 (8): 695–704. Бибкод : 2003NatMa...2..532W . дои : 10.1038/nmat944 . ПМИД   12872162 . S2CID   21379512 .
  38. ^ Кляйн, Тобиас; Бур, Эгберт; Фрейз, Карл Г. (2012). ЦЭМ: Обзор сканирующей электронной микроскопии в просвечивающем режиме и ее применения . Достижения в области визуализации и электронной физики. Том. 171. стр. 297–356. дои : 10.1016/B978-0-12-394297-5.00006-4 . ISBN  9780123942975 .
  39. ^ «Судебное применение настольного сканирующего электронного микроскопа Phenom (SEM)» . AZoNano.com . 21 февраля 2014 года . Проверено 11 мая 2023 г.
  40. ^ Перейти обратно: а б Шривастава, Прия; Джайн, В.К.; Нагпал, Суман (1 июня 2021 г.). «Технологии обнаружения остатков огнестрельного оружия — обзор» . Египетский журнал судебной медицины . 11 (1): 11. дои : 10.1186/s41935-021-00223-9 . ISSN   2090-5939 .
  41. ^ Берджесс, Джереми (1987). Под микроскопом: раскрыт скрытый мир . Архив Кубка. п. 11. ISBN  978-0521399401 .
  42. ^ « Показ вашего истинного цвета , 3D и цвета в электронной микроскопии в журнале Lab News » .
  43. ^ Перейти обратно: а б с д и Миньо, Кристоф (2018). «Цвет (и 3D) для сканирующей электронной микроскопии» . Микроскопия сегодня . 26 (3): 12–17. дои : 10.1017/S1551929518000482 .
  44. ^ «Введение в электронную микроскопию» (PDF) . Компания ФЭИ. п. 15 . Проверено 12 декабря 2012 г.
  45. ^ «В следующий понедельник Digital Surf запустит революционную раскраску изображений SEM» . АЗО Материалы. 22 января 2016 года . Проверено 23 января 2016 г.
  46. ^ Антоновский, А. (1984). «Применение цвета к изображениям СЭМ для повышения четкости». Микрон и Микроскопика Акта . 15 (2): 77–84. дои : 10.1016/0739-6260(84)90005-4 .
  47. ^ Данилатос, Грузия (1986). «Цветные микрофотографии сигналов обратно рассеянных электронов в СЭМ». Сканирование . 9 (3): 8–18. дои : 10.1111/j.1365-2818.1986.tb04287.x . S2CID   96315383 .
  48. ^ Данилатос, Грузия (1986). «Цветная сканирующая электронная микроскопия окружающей среды» . Журнал микроскопии . 142 : 317–325. дои : 10.1002/sca.4950080104 .
  49. ^ Бертаццо, С.; Джентльмен, Э.; Клойд, КЛ; Честер, АХ; Якуб, Миннесота; Стивенс, ММ (2013). «Наноаналитическая электронная микроскопия открывает фундаментальные знания об кальцификации сердечно-сосудистой ткани человека» . Природные материалы . 12 (6): 576–583. Бибкод : 2013NatMa..12..576B . дои : 10.1038/nmat3627 . hdl : 10044/1/21901 . ПМЦ   5833942 . ПМИД   23603848 .
  50. ^ Бертаццо, Серджио; Мейдмент, Сюзанна ЧР; Каллепитис, Хараламбос; Фирн, Сара; Стивенс, Молли М.; Се, Хайнань (9 июня 2015 г.). «Волокна и клеточные структуры сохранились в экземплярах динозавров возрастом 75 миллионов лет» . Природные коммуникации . 6 : 7352. Бибкод : 2015NatCo...6.7352B . дои : 10.1038/ncomms8352 . ПМЦ   4468865 . ПМИД   26056764 .
  51. ^ Стерео SEM-реконструкция с использованием MountainsMap SEM версии 7.4 на процессоре i7 2600 с частотой 3,4 ГГц.
  52. ^ Баттерфилд, Николас; Роу, Пенни М.; Стюарт, Эмили; Рузель, Дэвид; Нешиба, Стивен (16 марта 2017 г.). «Количественная трехмерная шероховатость льда по данным сканирующей электронной микроскопии» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (5): 3023–3025. Бибкод : 2017JGRD..122.3023B . дои : 10.1002/2016JD026094 .
  53. ^ Баттерфилд, Николас; Роу, Пенни М.; Стюарт, Эмили; Рузель, Дэвид; Нешиба, Стивен (16 марта 2017 г.). «Количественная трехмерная шероховатость льда по данным сканирующей электронной микроскопии» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (5): 3025–3041. Бибкод : 2017JGRD..122.3023B . дои : 10.1002/2016JD026094 .
  54. ^ Багаи Рад, Лейли (2007). Компьютерная сканирующая электронная микроскопия . Международная конференция по границам характеристик и метрологии. Том. 931. с. 512. Бибкод : 2007AIPC..931..512R . дои : 10.1063/1.2799427 .
  55. ^ Багаи Рад, Лейли; Даунс, Ян; Да, Джун; Адлер, Дэвид; Пиз, Р. Фабиан В. (2007). «Экономические приближенные модели обратно рассеянных электронов». Журнал вакуумной науки и технологий . 25 (6): 2425. Бибкод : 2007JVSTB..25.2425B . дои : 10.1116/1.2794068 .
  56. ^ Тахмасеби, Пейман; Джавадпур, Фарзам; Сахими, Мухаммед (2015). «Многомасштабное и многоуровневое моделирование сланцев, их текучести и морфологических свойств» . Научные отчеты . 5 : 16373. Бибкод : 2015NatSR...516373T . дои : 10.1038/srep16373 . ПМЦ   4642334 . ПМИД   26560178 .
  57. ^ Тахмасеби, Пейман; Джавадпур, Фарзам; Сахими, Мухаммед (2015). «Трехмерная стохастическая характеристика СЭМ-изображений сланцев». Транспорт в пористых средах . 110 (3): 521–531. Бибкод : 2015TPMed.110..521T . дои : 10.1007/s11242-015-0570-1 . S2CID   20274015 .
  58. ^ Тахмасеби, Пейман; Сахими, Мухаммед (2012). «Реконструкция трехмерной пористой среды с использованием одного тонкого среза». Физический обзор E . 85 (6): 066709. Бибкод : 2012PhRvE..85f6709T . дои : 10.1103/PhysRevE.85.066709 . ПМИД   23005245 . S2CID   24307267 .
  59. ^ Мерфи, GE; Лоукемп, Британская Колумбия; Зерфас, премьер-министр (август 2010 г.). «Ионно-абразивная сканирующая электронная микроскопия выявляет искаженную морфологию митохондрий печени при метилмалоновой ацидемии у мышей» . Журнал структурной биологии . 171 (2): 125–32. дои : 10.1016/j.jsb.2010.04.005 . ПМЦ   2885563 . ПМИД   20399866 .
  60. ^ «Мультимедийная галерея — 3-D визуализация клеток млекопитающих с помощью ионно-абразивного СЭМ | NSF — Национальный научный фонд» . www.nsf.gov .
  61. ^ Баттерфилд, Николас; Роу, Пенни М.; Стюарт, Эмили; Рузель, Дэвид; Нешиба, Стивен (16 марта 2017 г.). «Количественная трехмерная шероховатость льда по данным сканирующей электронной микроскопии» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (5): 3023–3041. Бибкод : 2017JGRD..122.3023B . дои : 10.1002/2016JD026094 .
  62. ^ Херманс, Джоэн; Осмонд, Джиллиан; Лун, Аннелис ван; Иедема, Пит; Чепмен, Робин; Дреннан, Джон; Джек, Кевин; Раш, Рональд; Морган, Гарри; Чжан, Чжи; Монтейро, Майкл (июнь 2018 г.). «Электронно-микроскопическое изображение зародышеобразования цинкового мыла в масляной краске» . Микроскопия и микроанализ . 24 (3): 318–322. Бибкод : 2018MiMic..24..318H . дои : 10.1017/S1431927618000387 . ISSN   1431-9276 . ПМИД   29860951 . S2CID   44166918 .
[ редактировать ]
Ресурсы библиотеки о
Сканирующая электронная микроскопия
В Wikibooks есть книга на тему: Нанотехнологии.
Викискладе есть медиафайлы по теме сканирующего электронного микроскопа .
Викискладе есть медиафайлы, связанные со сканирующими электронно-микроскопическими изображениями .
Общий
История
Изображения
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Scanning_electron_microscope&oldid=1231491040"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3514c4db73c5036571da5ca9e3cc7f4d__1719578400
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/35/4d/3514c4db73c5036571da5ca9e3cc7f4d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Scanning electron microscope - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)