GIF Quantum – постколонная система спектроскопии характеристических потерь энергии электронов 3-го поколения, обеспечивающая коррекцию аберраций фильтра 3-го порядка и оснащённая высокоскоростным детектором на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС-матрицы) с высокой разрешающей способностью. Система предлагает пользователю новый современный технический уровень получения массивов данных спектроскопии энергетических потерь электронов (СХПЭЭ) и просвечивающей электронной микроскопии с энергетической фильтрацией (ЭФПЭМ) при высокой детализации с максимальной скоростью обработки информации.

В совокупности с программным обеспечением Gatan Microscopy Suite система идеально подходит для получения и обработки больших массивов 3-х мерных данных, необходимых и востребованных в современной аналитической электронной микроскопии, включая такие методы микроскопии как энергетическая фильтрация ПЭМ-изображений и спектральный анализ и картирование в ПРЭМ-режиме.

Основные характеристики системы СХПЭЭ GIF Quantum:

• Большой полуугол сбора для энергетической фильтрации дифракционных картин: 120 мрад, полный азимут.

• Большое поле обзора для энергетически отфильтрованных ПЭМ-изображений и поэлементного картирования: 20 мкм по диагонали.

• Изохроматичность во всем поле обзора просвечивающего электронного микроскопа в режиме энергетической фильтрации ПЭМ-изображений: максимальное отклонение не более ±1 эВ при 200 кВ.

• Большое поле обзора для энергетически нефильтрованных ПЭМ-изображений: более 200 мкм по диагонали.

• Возможность наблюдения динамических процессов «in-situ» с частотой кадра не менее 10 кадров/сек при высоком качестве изображения.

• Возможность детальной проработки и отображения нюансов спектра за счёт большого количества каналов: более 2000 каналов (так при энергетическом диапазоне в 600 эВ на каждый канал будет приходиться диапазон в 0,3 эВ).

• Высокая скорость считывания спектра для работы в ПРЭМ-режиме: (STEM): более 30 спектров/сек.

Энергетический фильтр

Энергетический фильтр системы оптимизирован для энергий луча просвечивающего электронного микроскопа в диапазоне от 200 до 300 кэВ и, как и любой другой постколоный фильтр, имеет возможность закрепления на нижнем фланце любого современного просвечивающего электронного микроскопа для получения энергетически отфильтрованных ПЭМ-изображений и дифракционных картин, а также спектров характеристических потерь энергии электронами.

Постколонное расположение фильтра обеспечивает максимальную гибкость в выборе источника электронного луча (W катод, LaB6 катод, FEG, монохроматор) и оптики для получения изображений (линз объектива, корректоров, режимов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и просвечивающей растровой электронной микроскопии (ПРЭМ)).

Квадрупольная патентованная оптика фильтра обеспечивает постоянную съюстированность детектора относительно изображений спектров и возможность регистрации этих спектров в широком энергетическом интервале, а также оптимальную передачу информации от сцинтиллятора детектора к ПЗС-матрице для обеспечения максимально возможного динамического диапазона и чувствительности.

Электронная оптика фильтра полностью исправляет аберрации призмы второго порядка, а также наиболее значимые аберрации призмы третьего порядка и обеспечивает возможность использовать большие отверстия диафрагмы (5 мм) на входе фильтра.

Дисторсия не более 1,75%, хроматичность менее 1,5 мкм/эВ, а отклонения от идеальной изохроматичности не более 1,25 эВ по абсолютному значению по всему полю изображения.

Принцип работы энергетического фильтра

Когда электрон со скоростью v входит в однородное магнитное поле с магнитной индукцией B (вектора v и B непараллельны), на него воздействует сила Лоренца в направлении, перпендикулярном направлению движения электрона и вектору индукции. Таким образом, в этом магнитном поле электрон начинает совершать круговые движения. При постоянном потоке магнитной индукции B радиус R зависит только от скорости v. Если скорости электронов различаются, то радиусы траекторий, соответствующие их скоростям, также отличаются. Поэтому можно проанализировать электроны по их скоростям.

С другой стороны, кинетическая энергия прямо связана со скоростью. Таким образом, когда электроны с различными энергиями попадают в электромагнит спектрометра с постоянным магнитным полем, происходит дисперсия электронов по энергиям. Эта дисперсия обеспечивает получение зависимости количества электронов как функции энергии. Такая функция называется энергетическим спектром. С помощью такого спектрометра можно проанализировать энергии электронов, испытывающих различные потери энергии в образце.

Конструкция спектрометра такова, что на плоскости энергетической дисперсии формируется резко сфокусированный спектр потерь энергии. С другой стороны, конструкция спектрометра выполнена таким образом, чтобы на хроматической плоскости создавалось выходное изображение. Это изображение называется «ахроматическим изображением». Когда фокус выходной электронной линзы спектрометра, установленной после магнитной призмы, помещают в плоскость энергетической дисперсии, на люминофорный экран спектрометра проецируется спектр потерь энергии. Когда фокус выходной электронной линзы спектрометра устанавливают таким образом, чтобы он совпадал с плоскостью ахроматического изображения, на выходе спектрометра наблюдается обычное электронно-микроскопическое изображение в проходящих электронах.

В режиме наблюдения с отбором электронов, обладающих конкретной потерей энергии, получают изображение с фильтрацией по энергии, при этом щель энергетического селектора расположена в плоскости энергетической дисперсии. Когда эта щель выводится из плоскости энергетической дисперсии, наблюдают нефильтрованное изображение.

Программное обеспечение

Используя патентованные программные алгоритмы, возможно производить проверку и настройку работы фильтра в полностью автоматизированном режиме. Установка программного обеспечения для интеграции системы СХПЭЭ обеспечивает для всех современных микроскопов оперативную настройку параметров фильтра посредством сохранения в памяти и воспроизведения точных настроек для всех основных режимов работы и настроек колонны электронного микроскопа.

Комплектация и прочие технические параметры

В комплект поставки системы СХПЭЭ GIF Quantum входят: энергетический фильтр-призма с детектором на базе 4-МПкс (2 кПкс х 2 кПкс) камеры UltraScan 1000FT (сцинтиллятор фосфорный, градаций серого 16 бит, 4 считывающих порта, размер пикселя 14 х 14 мкм), входной фланец, пневматический блок диафрагмы, блок квадрупольных линз перед селекторной ножевой диафрагмой, блок мультипольной оптики после ножевой диафрагмы, управляемая с помощью компьютера ножевая диафрагма, высокопроизводительный персональный компьютер со стандартным программным обеспечением для спектроскопии энергетических потерь электронов (СХПЭЭ) и просвечивающей электронной микроскопии с фильтрацией энергий (ЭФПЭМ).