100000倍放大的掃描電鏡

這是一臺80年代的掃描電子顯微鏡 在當時的出廠價呀 超過了十萬 由於設備故障的原因 它的上一任主人修復不了 已經將其在倉庫中閒置了十年左右 賣也賣不掉 只能免費送人呢 好在它的個頭也不算太大 只有差不多八百斤左右 所以就把它拉了回來 還順帶了說明書和電路圖 打開一看 傻眼兒了 這都啥呀 密密麻麻的 後面再研究吧 咱們先看看機器的硬件 最核心的部分就是左側的電子柱 打開 這個追一追就是電子槍了 這一款採用烏施熱發射 易維護成本低 再往下看 就是一系列的聚光鏡組和孔鏡 將電子聚焦成納米極素般 掃描樣品表面 彼此相互作用產生了各類信號 被這裏面的探測器捕獲 轉換成圖像 顯示在右側的屏幕上 因爲電子束會跟空氣分子發生碰撞 導致能量損失 所以還搭配了真空系統 保持高真空環境 通常在大氣壓的十一分之一 這一坨是擴散泵 它能用高速定向的油蒸氣射流 來捕獲和攜帶氣體分子 但不能直接排出 所以還有一個機械泵作爲前級泵 來排出壓縮後的氣體 還有一堆不同的電源 像這一個高達25000V的 用於產生電子束的加速電壓 看這個面板底下 也有一大堆的電路 用於精確控制流向電磁透鏡的電流 使電子束偏轉和聚焦 這個電路板作爲真空系統的大佬 主要控制真空泵和閥門 保證高真空環境 面板上就是一些旋鈕和按鈕 控制焦點和放大率 基本上就這麼些吧 現在來試一下 到底是哪裏出了問題 在連接到電源變壓器之前 先將擴散泵的加熱插頭扯掉 看看能不能開機先 電源接好了 來吧 好 不出所料啊 開不了機 先檢查電源輸入的部分 這裏有一些保險絲 發現了一個斷掉的 掛上新底 重新開機 保險絲立馬又燒斷了 應該是下游電路的某個東西 耗了太多電流 根據電路圖顯示 這個保險絲保護的是變壓器T2 找到它了 用萬用表檢查了一下 有一個線圈短路了 那種老物件 想找一模一樣的給它換上 是不可能的 只好用環形變壓器和公屏變壓器 組了一個分配單元 同樣可以將主電源 轉換爲各個子系統所需的電壓 再看能不能開機 好好好 還不開始吧 這按鈕散啥啥 看來邏輯電路也有問題 這就難搞了 它們是有兩個不同的5V電源供電 就是它 經過測試得知 它的輸出電壓過高 還不穩定 需要換掉 實在找不到一樣的 那隻能加穩壓器了 給它上了一大塊鋁板和導熱膏 散熱應該是沒問題 裝在空位 連接好線路 再來 行啊 電路基本上沒問題了 這個小的屏幕上顯示的是 各個元件的工作電流 和目前的真空度 先只開這個機械縫 看看效果如何 手動打開閥門 壓力讀數沒得變化 機器肯定是在運行的 一點不變 肯定不對 給它暫時性的連接了真空計 欄外用表測量模擬電壓輸出 看到沒有 打開機械縫 強體內的壓力就開始下降了 不錯 越來越低了 怎麼運行了幾分鐘 又給升高了 穩定在200多毫託 這是有泄漏啊 這些管子看的還好啊 哎呦 頭子不行了 哎 這都開裂了呀 畢竟三十幾年了 你能理解 不管是不是這裏漏 都得換 不然以後把擴散泵搞壞了更麻煩 這棟管子倒是買得到 就是價格不太理想 不如用這種PVC鋼絲軟管 裏頭有鋼絲 抽真空同樣不怕裂掉 接頭的位置 需要塗抹高真空潤滑質 兩個卡扣非常穩當 又來吧 哎 還是不行啊 搞心態啊 所有接頭的位置都檢查了 沒發現有泄漏啊 就連聽診器都用上了 這機械泵指電是有點毛病 全部拆開之後 果然呢 轉軸上磨出了槽槽 還有一些小零件 同樣腐蝕嚴重 修是沒必要修了 反正還有一個更年輕的 懸偏式機械泵 才二十幾歲 一點毛病沒有 將它連接到設備 測試一下 非常棒啊 已經降到了二十毫託左右 處在中真空向高真空過渡的邊緣 總算可以安全地運行擴散泵了 打開冷卻器 裏面裝了循環水 通過這些管子給泵體散熱 一旦壓力合適 系統就會打開右側的閥門 運行擴散泵 抽至高真空 哇 看到沒有 壓力直線下降 最終達到了零點零七左右 屬於高真空範圍 可以打開高壓了 好 看來高壓電源工作正常 現在打開電子槍 加大電流 加熱巫師 顯示電流增加 說明燈是完好 屏幕上毫無變化呢 放大了 再怎麼說也有噪點吧 這機器問題是真的多呀 打開面板看看吧 這兩根線好像是換過的 檢查一下 呀 不同 果真是它 這種線倒多得很 給它換上 嘿嘿 好像有反應了 怎麼調整焦點 摸的效果呢 莫非按鈕也有問題 熟不清的毛病是吧 先裁下來再說 真行啊 它竟然是薄膜開關 不過也好 這種的還容易更換 朋友的遊戲手柄裏 就有合適的零件 大小差不多 只需要將邊緣剪掉 就可以裝進去 好了 簡直完美 再來 放大倍率數有所顯示 屏幕上嘛 嗯 有東西了 一個圓圈 看到沒有 應該是樣品臺的中心位置 移動它 看看有變化沒 行了行了 屏幕上也移動了 可以放大嗎 沒問題 可以聚焦嗎 嘿嘿 對了嘛 這纔像話 說實話 拉這臺機器回來 想的是修不好的話 就拆成零件 過程中也是波折不斷 結果還真把它搞定了 這塊沒有封裝的集成電路 用光學顯微鏡 很難看清楚 連接到內部硅片的引線鍵盒 用修好的設備看一下 給它逐步放大 可以清楚的看到 像蘑菇形狀的焊盤 這一個成型的很好 有一些就稍微差點 還在上面發現了芯片設計師 特意留下的信息 不知道是寫給誰的 像這個直徑3毫米的樣品 加快掃描速度 可以快速移動 找到需要觀察的點 再通過減半掃描速度 差不多每秒一幀 就可以提取出最大的細節 讓顯示的圖像變得非常清晰 光學顯微鏡 由於光的波長限制 實際的有效放大倍數 差不多在1000倍 而這臺30多年前的 掃描電子顯微鏡 最高可以穩定放大 10萬倍左右 再高的話 就影響圖像質量了 還可以搭配電腦軟件 直接從顯微鏡上捕捉圖像 進一步提高分辨率