electronic microscope schechner (c) chap. 5 michsur 1 4 – ננוטכנולוגיה –...
Post on 22-Dec-2015
237 views
TRANSCRIPT
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
1
– ננוטכנולוגיה – מיקרוסקופ 4אלקטרוני
4.1גבול ההבחנה של מיקרוסקופ אופטי
diffractionה-
Rayleighהקריטריון של
4.2אורך גל של אלקטרון
4.3המיקרוסקופ האלקטרוני
TEM
SEM
X(4.4תופעות בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני (קרני
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
2
מה זהננוטכנולוגיה?
טיפול החומר במרחקים ננומטרים• חקירת חומר הנמצא בממדים ננומטרים• שימוש בחומר כזה•
מיקרוסקופ אלקטרוני
מיקרוסקופ בנראה
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
3
"זווית התבדרות" מדוע יש לכל מקור1- " מתוכננת " התבדרות זווית
”Diffraction Limited“ - זווית התבדרות 2
s diff
D
diff ~
D
http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction
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
מסךמינימה בתאורה
D
’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
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/cirapp2.html
sin ’ = 1.22
D’= /2
85 %מהאנרגיה
טבעות במקום פסים
rspot = f sin ’= 1.22 f /D
Airy Disk
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
6
http://www.olympusmicro.com/primer/java/diffraction/index.html
מסקנה: היכולת של אופטיקה למקד מוגבלת ע"י הדיפרקציה. אופטיקה טובה, מעשית,
diffraction limited היא
rspot = 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,
DA- equal to the radius rspot
) of the central disk in the Airy pattern)
rspot = 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
Raileighקריטריון ההבחנה של
Maximum 2
Minimum 1
1 2
DA = rspot
1 נופלת על המינמה של 2המקסימה של
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
9
http://www.olympusfluoview.com/java/resolution3d/
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-1 הוא כל מספר שלם גדול מRהוא הקבוע של Rydberg
Z הוא המספר האטומי של הגרעין
המספר הקוונטי הראשי
ReV =13.607 eV
En = -RZ2
n2
Stationary States
- אורך גל של אלקטרון: 4.2Bohrהפוסטולט הראשון במודל של
: de Broglieההצדקה של האלקטרונים מתנהגים כמו גלים עומדים
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
11
http://online.cctt.org/physicslab/content/PhyAPB/lessonnotes/dualnature/deBrogliewaves.asp
diagrams courtesy of Paul G. Hewitt
deאורך הגל של Broglie
פתיחת ההיקף של האורביטלות
n=4 עד n = 1שעבורם
n =1
n =2
n =3
n =4
http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/debroglie.htmlהפעל
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
12
hE
;ph
eV2mp
vmEe
22
e21
k
[m]V
1.23x10
eV2m
h 9
e
לכל החלקיקים(אלקטרונים, אטומים,
יונים, פרוטונים, נאוטרונים) יש התנהגות של גל, כמו הפוטונים לכל החלקיקים יש
Eאנרגיה pתנע אורך גל
תדירות
עבור אלקטרון מואץ
eV2mp e
הנחות של de Broglie
, קטן הגל אורךשהמתח ככלעולה
p = mv
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
13
נחשב את אורך הגל של אלקטרון מואץ
V = 104 V
m 1.23x1010
1.23x10
V
1.23x10 112
9-9
Xקרני
האלקטרונים בוואקום יכולים להיות מואצים עד כדי קבלת כושר הבחנה גדול, בסדרי גודל,
מהאפשרויות שיש לנו בתחום האלקטרו-אופטיX ואפילו מזה של קרני
ניתן לקבל רצף של אורכי הגל – המקור: אנרגיה קינטית של האלקטרון
אבל, איך בונם "עשדות" לאלקטרונים?
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
14
חשמליות ומגנתיותעדשות לאלקטרונים
-
-
חשמלית
טבעת טעונהשלילית
.מרכזת אלומה מקביל
ה ל"מוקד
"
אלומה מקבילה
של אלקטרוני
ם מואצים
במהירות אחידה
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
15
קווי שדהעדשות אלקטרוניות
Dr. Marx
http://www.siu.edu/-cafs/surface/file4.htmlמרכזת
מפזרת
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
16
עדשה אלקטרונית
רשת טעונה
מעבר בין הרשתות משנה את רכיב המהירות
x ולא משפיע על כיוון yבכיוון
http://www.siu.edu/~cafs/surface/file4.html
רשת טעונה
V0 sin = vx /v1 sin = vx /v2
)mv12/( 2 + eV = (mv2
2 )/2
sin /sin = v2 /v1
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
17
מתח גבוה
ThermionicCathode
1עדשה condenser
דוגמה נבדקת
2עדשה Objective
3עדשה Projector
Transmission Electronic
Microscope,TEM (1931)
מרגישים באלקטרונים שחוצים את הדוגמה.
מתאים לדגמים למשאיבה"שקופים"
מסך קתודולומינסנ
טי
חלון צפיה
מתקינים מצלמה, עיבוד תמונה
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
18
Scanning Electron
Microscope
SEM
http://acept.la.asu.edu/PiN/rdg/elmicr/elmicr.shtml
התמונה נבנית ע"י סריקה.
האלקטרונים פוגעים, כל פעם, בנקודה אחרת של
הדוגמה. X יש הטיה לציר
מסונקרנת Yולציר לצג.
תותח אלקטרוניים
עדשות הארה
סלילי הטעיה
עדשה סופית
אלומת אלקטרונים
דוגמהגלאי בודד
קליטה של אלקטרונים
מוחזרים
תא וואקום
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
19
תופעות במיקרוסקופים אלקטרוני
Sample)Absorbed
Electrons(
TEM
SEM
TEMIncident
Beam
Transmitted Beam
קרני X
Backscattered Electrons
Secondary Emission Electrons
Auger Electrons
SEM Incident Beam
SEM Reflected Electrons
InelasticScateredelectrons
ElasticScateredelectrons
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
Applied Voltage (keV) Wavelength, nm)
20 0.008588
50 0.005355
80 0.00418
100 0.003702
200 0.002508
500 0.001421
1000
0.00872
1
2
3
4
6
7
5
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
23
Xיצירת קרני
+Z
X-Ray h
X-Ray h'
ההסתברות להמצאות שלאלקטרון פנימי
במקום כלשהו מהגרעיןתלוי 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
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/xrayc.html#c1
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
25
http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/AtomicStructure/AtNum-Moseley.html
= k(Z – √
תוצאות מקוריות
Electronic Microscope
Schechner (c) Chap. 5 Michsur
26
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/moseley.html