低能电子显微镜

低能电子显微镜或LEEM是一种分析性表面科学技术，用于对原子清洁的表面，原子与表面的相互作用以及薄膜成像。在低能电子显微镜中，电子枪发射高能电子（15-20 keV），使用一套聚光镜聚焦，然后通过电磁偏转器（通常为60˚或90˚）发送。“快速”电子穿过物镜，并在样品表面附近开始减速至低能量（1-100 eV），因为样品保持在接近喷枪电位的状态。现在将低能电子称为“表面敏感的”，并且可以通过调整入射电子的能量（样品和电子枪电势之差减去功函数）来改变近表面采样深度样本和系统）。低能量的弹性反向散射电子通过物镜返回，再加速到电子枪电压（因为物镜接地），然后再次通过分束器。但是，现在电子从聚光镜中移出，进入投影仪的镜头。将物镜的后焦平面成像到投影仪镜头的物平面中（使用中间透镜）会在成像平面上产生衍射图样，并以多种不同方式记录。衍射强度分布图案将取决于样品表面的周期性，并且是电子波性质的直接结果。可以通过关闭中间透镜并在物镜的后焦平面（或在最先进的仪器中，在分离器的中央）插入对比光圈，来生成衍射图样强度的单个图像。 （通过物镜的激发来选择），从而可以实时观察表面上的动态过程。这些现象包括（但不限于）：层析成像、相变、吸附、反应、偏析、薄膜生长、蚀刻、应变消除、升华和磁微结构。由于样本的可及性，因此可能进行这些调查。允许在很宽的温度范围内进行各种各样的原位研究。

一个典型的LEEM装置由电子枪组成，用于通过热离子或从源头发射场而产生电子。在热电子发射中、电子逸出源尖端（通常由LaB ₆制成）通过电阻加热和施加电场有效降低电子逃逸表面所需的能量。一旦获得足够的热振动能，电子便可以克服静电能垒，从而使电子进入真空并沿透镜柱向下加速至喷枪电位（因为透镜处于接地状态）。在场发射中，源极尖端（通常是钨）不是锐化尖端以从表面振动激发电子，而是将尖端锐化到一个小点，以便在施加大电场时它们集中在尖端，从而降低了逃逸的障碍从而使电子从尖端到真空能级的隧穿更加可行。

聚光器/照明光学器件用于聚焦离开电子枪的电子，并操纵和/或平移照明电子束。使用电磁四极电子透镜，其数量取决于设计人员希望的分辨率和聚焦灵活性。但是，LEEM的最终分辨率通常由物镜确定。

照明光束孔径允许研究人员控制被照明样品的区域（LEEM版本的电子显微镜的“选定区域衍射”，称为微衍射），位于照明侧的光束分离器中。

需要磁束分离器来分辨照明和成像束（同时又在空间上分离每个光学器件）。电子束分离器的技术已经有了很大的发展。早期的分离器在图像或衍射平面中引入了畸变。但是，IBM最近开发了一种混合棱镜阵列/嵌套二次场设计，将电子束聚焦在电子束路径的平面内外，使图像和衍射平面的偏转和转移不会失真或能量分散。

静电浸没物镜用于通过样品后面的2/3放大虚像来形成样品的真实图像。物镜和样品之间的静电场的均匀性受到球形和色差的限制，而球形和色差大于任何其他透镜，这最终决定了仪器的整体性能。

对比光圈位于光束分离器的投影机镜头一侧的中央。在大多数电子显微镜检查中，对比度孔径被引入物镜的后焦平面（实际衍射平面所在的位置）。但是，在LEEM中并非如此，因为无法进行暗视场成像（非镜面光束的成像），因为光圈必须横向移动并且会在较大偏移时拦截入射光束。因此，研究人员调整物镜的激发，以便在光束分离器的中间产生衍射图样的图像，并使用插入其中的对比度光圈选择所需的光斑强度来成像。该孔径允许科学家对可能特别感兴趣的衍射强度成像。

照明光学器件用于放大图像或衍射图样并将其投射到成像板或屏幕上。用于成像电子强度的成像板或屏幕，以便我们可以看到它。这可以通过许多不同的方式完成，包括磷光屏、成像板、CCD等。

其他高级技术包括：

• 低能电子电位计：确定LEEM光谱的偏移可以确定局部功函数和电势。
• ARRES：角分辨反射电子光谱。
• eV-TEM：在LEEM能量下的透射电子显微镜。