Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 1 4 – ננוטכנולוגיה – מיקרוסקופ אלקטרוני 4.1גבול ההבחנה של מיקרוסקופ אופטי ה-diffraction הקריטריון של Rayleigh 4.2אורך גל של אלקטרון 4.3המיקרוסקופ האלקטרוני TEM SEM 4.4 תופעות בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני (קרני X)

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 2 מה זה ננוטכנולוגיה? טיפול החומר במרחקים ננומטרים חקירת חומר הנמצא בממדים ננומטרים שימוש בחומר כזה מיקרוסקופ אלקטרוני מיקרוסקופ בנראה

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 3 מדוע יש לכל מקור "זווית התבדרות "  1 - זווית התבדרות "מתוכננת" 2 - זווית התבדרות “Diffraction Limited” s  diff D  diff ~ D מדוע יש גבול ל"כושר הבחנה", ליכולת הפרדה בין שתי נקודות קרובות בעצם?

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 4 גדלים גיאומטרים לחריץ מלבני של הדיפרקציה מסך מינימה בתאורה D ’’ LL המינימה נוצרת בגלל אינטרפרציה הורסת  L = /2 = D/2(sin  ’) /D = sin  ’  L חישוב רוחב הסדק קרינה באורך גל

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 5 גדלים גיאומטרים לחריץ עגול של הדיפרקציה sin  ’  = 1.22 D  ’  =  /2 85 % מהאנרגיה טבעות במקום פסים r spot = f sin  ’  = 1.22 f /D Airy Disk

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 6 מסקנה: היכולת של אופטיקה למקד מוגבלת ע"י הדיפרקציה. אופטיקה טובה, מעשית, היא diffraction limited r spot = f sin  ’  = 1.22 f /D עבודה באורך גל קטן מאפשרת מיקוד טוב יותר

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 7 קריטריון ההבחנה של Raileigh Two adjacent points are just resolved when the centers of their Airy patterns are separated by a minimum distance, D A - equal to the radius r spot ) of the central disk in the Airy pattern) r spot = f sin  ’ = 1.22 f /D ככל שאורך הגל קטן יותר, כושר ההבחנה גדול יותר The minimum resolvable detail when: the first diffraction minimum of the image of one source point coincides with the maximum of another.

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 8 קריטריון ההבחנה של Raileigh Maximum 2 Minimum D A = r spot המקסימה של 2 נופלת על המינמה של 1

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 9 מכאן החיפוש אחרי אורכי גל קצרים יותר ויותר התחל באורך גל ארוך. קבע את כושר ההבחנה. רד באורך הגל. קבע את ההבחנה NA = D/2f

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 10 אלקטרון באטום מימן יכול להימצא ברמות אנרגיה מוגדרות. כאשר n הוא כל מספר שלם גדול מ-1 R הוא הקבוע של Rydberg הוא המספר האטומי של הגרעין Z המספ ר הקוונט י הראשי R eV = eV E n = - RZ 2 n2n2 Stationary States אורך גל של אלקטרון: הפוסטולט הראשון במודל של Bohr ההצדקה של de Broglie: האלקטרונים מתנהגים כמו גלים עומדים

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 11 diagrams courtesy of Paul G. HewittPaul G. Hewitt אורך הגל של de Broglie פתיחת ההיקף של האורביטלות שעבורם n = 1 עד n=4 n =1 n =2 n =3 n =4 הפעל

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 12 לכל החלקיקים (אלקטרונים, אטומים, יונים, פרוטונים, נאוטרונים) יש התנהגות של גל, כמו הפוטונים לכל החלקיקים יש E אנרגיה p תנע אורך גל  תדירות עבור אלקטרון מואץ הנחות של de Broglie אורך הגל קטן, ככל שהמתח עולה p = mv

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 13 נחשב את אורך הגל של אלקטרון מואץ V = 10 4 V קרני X האלקטרונים בוואקום יכולים להיות מואצים עד כדי קבלת כושר הבחנה גדול, בסדרי גודל, מהאפשרויות שיש לנו בתחום האלקטרו-אופטי ואפילו מזה של קרני X ניתן לקבל רצף של אורכי הגל – המקור: אנרגיה קינטית של האלקטרון אבל, איך בונם "עשדות" לאלקטרונים?

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 14 עדשות לאלקטרונים חשמליות ומגנתיות - - חשמלית טבעת טעונה שלילית. מרכזת אלומה מקבילה ל"מוקד" אלומה מקבילה של אלקטרונים מואצים במהירות אחידה

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 15 עדשות אלקטרוניות קווי שדה Dr. Marx מרכזת מפזרת

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 16 עדשה אלקטרונית רשת טעונה מעבר בין הרשתות משנה את רכיב המהירות בכיוון y ולא משפיע על כיוון x רשת טעונה V0V0 sin  = v x /v 1 sin  = v x /v 2 (mv 1 2 )/2 + eV = (mv 2 2 )/2 sin  / sin  = v 2 /v 1

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 17 מתח גבוהThermionic Cathode עדשה 1 condenser דוגמה נבדקת עדשה 2 Objective עדשה 3 Projector Transmission Electronic Microscope, TEM (1931) מרגישים באלקטרונים שחוצים את הדוגמה. מתאים לדגמים "שקופים" למשאיבהמסך קתודולומינסנטי חלון צפיה מתקינים מצלמה, עיבוד תמונה

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 18 Scanning Electron Microscope SEM התמונה נבנית ע"י סריקה. האלקטרונים פוגעים, כל פעם, בנקודה אחרת של הדוגמה. יש הטיה לציר X ולציר Y מסונקרנת לצג. תותח אלקטרוניים עדשות הארה סלילי הטעיה עדשה סופית אלומת אלקטרונים דוגמה גלאי בודד קליטה של אלקטרונים מוחזרים תא וואקום

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 19 תופעות במיקרוסקופים אלקטרוני Sample (Absorbed Electrons) TEM SEM TEM Incident Beam Transmitted Beam קרני X Backscattered Electrons Secondary Emission Electrons Auger Electrons SEM Incident Beam SEM Reflected Electrons Inelastic Scatered electrons Elastic Scatered electrons

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 20 Samples SEM images of carbonized (PAN) electrospun nanofibers at different magnifications.

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 21 NaCl Crystal X-ray spectrum Na, Cl, Si, K, Au

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 22 Table 2. Variation of Electron Wavelength with applied voltage

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 23 יצירת קרני X +Z X-Ray h X-Ray h ' ההסתברות להמצאות של אלקטרון פנימי במקום כלשהו מהגרעין תלוי במטען של הגרעין לכן, ההפרש של האנרגיה הנפלטת במעבר מרמה אחת לשניה אופיינית למטען של הגרעין, כלומר מזהה את היסוד

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 24 Characteristic X-Rays

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 25  = k(Z –  √ תוצאות מקוריות

Electronic Microscope Schechner (c) Chap. 5 Michsur 26