Πώς λειτουργεί ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης; Ποια είναι τα πλεονεκτήματα;
1: Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης
Εφόσον το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης απεικονίζεται με ΤΕ, απαιτείται το πάχος του δείγματος να είναι εντός του εύρους μεγέθους που μπορεί να διαπεράσει η δέσμη ηλεκτρονίων. Για το σκοπό αυτό, είναι απαραίτητο να μετατραπούν δείγματα μεγάλου μεγέθους σε ένα αποδεκτό επίπεδο για ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης μέσω διαφόρων δύσκαμπτων μεθόδων προετοιμασίας δειγμάτων.
Το αν μπορεί να χρησιμοποιήσει άμεσα τις ιδιότητες του υλικού της επιφάνειας του δείγματος για μικροσκοπική απεικόνιση έχει γίνει ο στόχος που επιδιώκουν οι επιστήμονες.
Μετά από σκληρή δουλειά, αυτή η ιδέα έγινε πραγματικότητα ----- ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (ScanningElectronicMicroscopy, SEM).
Το SEM είναι ένα ηλεκτρονικό οπτικό όργανο που χρησιμοποιεί μια πολύ λεπτή δέσμη ηλεκτρονίων για να σαρώσει την επιφάνεια του δείγματος που πρόκειται να παρατηρηθεί και συλλέγει μια σειρά ηλεκτρονικών πληροφοριών που παράγονται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της δέσμης ηλεκτρονίων και του δείγματος, η οποία μετασχηματίζεται και ενισχύεται για να σχηματίσει μια εικόνα. Είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη της τρισδιάστατης επιφανειακής δομής.
Η αρχή λειτουργίας του είναι:
Στον κύλινδρο φακού υψηλού κενού, η δέσμη ηλεκτρονίων που δημιουργείται από το πιστόλι ηλεκτρονίων εστιάζεται σε μια λεπτή δέσμη από τον συγκλίνοντα φακό ηλεκτρονίων και σαρώνεται και βομβαρδίζεται σημείο προς σημείο στην επιφάνεια του δείγματος για να δημιουργήσει μια σειρά ηλεκτρονικών πληροφοριών (δευτερεύοντα ηλεκτρόνια , ανακλώμενα ηλεκτρόνια, μεταδιδόμενα ηλεκτρόνια, ηλεκτρονικά απορρόφησης, κ.λπ.), λαμβάνονται διάφορα ηλεκτρονικά σήματα από τον ανιχνευτή, ενισχύονται από τον ηλεκτρονικό ενισχυτή και στη συνέχεια εισάγονται στον σωλήνα εικόνας που ελέγχεται από το πλέγμα του σωλήνα εικόνας.
Όταν η εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος, λόγω των διαφορετικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων, του επιφανειακού δυναμικού, της στοιχειακής σύνθεσης και του κοίλου-κυρτού σχήματος της επιφάνειας διαφορετικών τμημάτων του δείγματος, οι ηλεκτρονικές πληροφορίες που διεγείρονται από τη δέσμη ηλεκτρονίων είναι διαφορετικό, με αποτέλεσμα τη δέσμη ηλεκτρονίων του σωλήνα εικόνας Η ένταση επίσης αλλάζει συνεχώς και, τέλος, μια εικόνα που αντιστοιχεί στην επιφανειακή δομή του δείγματος μπορεί να ληφθεί στη φθορίζουσα οθόνη του κινοσκόπιου. Ανάλογα με το ηλεκτρονικό σήμα που λαμβάνει ο ανιχνευτής, μπορεί να ληφθεί η εικόνα οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων, εικόνα δευτερογενούς ηλεκτρονίου, εικόνα ηλεκτρονίων απορρόφησης κ.λπ. του δείγματος αντίστοιχα.
Όπως περιγράφηκε παραπάνω, ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης έχει ως επί το πλείστον τις ακόλουθες ενότητες: ηλεκτρονική μονάδα οπτικού συστήματος, μονάδα υψηλής τάσης, μονάδα συστήματος κενού, μονάδα ανίχνευσης μικροσήματος, μονάδα ελέγχου, μονάδα ελέγχου μικροβάθμιας κ.λπ.
Δύο: τα πλεονεκτήματα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης
1. Μεγέθυνση
Δεδομένου ότι το μέγεθος της οθόνης φθορισμού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης είναι σταθερό, η αλλαγή της μεγέθυνσης πραγματοποιείται αλλάζοντας το πλάτος σάρωσης της δέσμης ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος.
Εάν το ρεύμα του πηνίου σάρωσης μειωθεί, το εύρος σάρωσης της δέσμης ηλεκτρονίων στο δείγμα θα μειωθεί και η μεγέθυνση θα αυξηθεί. Η ρύθμιση είναι πολύ βολική και μπορεί να προσαρμόζεται συνεχώς από 20 φορές έως περίπου 200,000 φορές.
2. Ψήφισμα
Η ανάλυση είναι ο κύριος δείκτης απόδοσης του SEM.
Η ανάλυση καθορίζεται από τη διάμετρο της προσπίπτουσας δέσμης ηλεκτρονίων και τον τύπο του σήματος διαμόρφωσης:
Όσο μικρότερη είναι η διάμετρος της δέσμης ηλεκτρονίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση.
Τα διαφορετικά φυσικά σήματα που χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση έχουν διαφορετική ανάλυση.
Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια SE και BE έχουν διαφορετικές περιοχές εκπομπής στην επιφάνεια του δείγματος και οι αναλύσεις τους είναι διαφορετικές. Γενικά, η ανάλυση του SE είναι περίπου 5-10 nm και του BE είναι περίπου 50-200 nm.
3. Βάθος πεδίου
Αναφέρεται σε μια σειρά δυνατοτήτων που ένας φακός μπορεί ταυτόχρονα να εστιάσει και να απεικονίσει σε διάφορα μέρη ενός δείγματος με ανομοιομορφία.
Ο τελικός φακός του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης υιοθετεί μια μικρή γωνία διαφράγματος και μια μεγάλη εστιακή απόσταση, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί ένα μεγάλο βάθος πεδίου, το οποίο είναι 100-500 φορές μεγαλύτερο από αυτό ενός γενικού οπτικού μικροσκοπίου και 10 φορές μεγαλύτερο από αυτό ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης.
Το μεγάλο βάθος πεδίου, η ισχυρή τρισδιάστατη αίσθηση και το ρεαλιστικό σχήμα είναι τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά του SEM.
Τα δείγματα για SEM χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:
1 είναι ένα δείγμα με καλή αγωγιμότητα, το οποίο μπορεί γενικά να διατηρήσει το αρχικό του σχήμα και μπορεί να παρατηρηθεί σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο χωρίς ή με λίγο καθαρισμό.
2. Τα μη αγώγιμα δείγματα ή τα δείγματα που χάνουν νερό, εξέρχονται αέρια, συρρικνώνονται και παραμορφώνονται στο κενό, πρέπει να υποβληθούν σε κατάλληλη επεξεργασία για να μπορέσουν να παρατηρηθούν.
