כיצד פועל מיקרוסקופ אלקטרוני סורק? מה היתרונות?
1: מיקרוסקופ אלקטרוני סורק
מכיוון שמיקרוסקופ האלקטרונים מצולם על ידי TE, נדרש שעובי המדגם חייב להיות בטווח הגדלים אליו יכולה קרן האלקטרונים לחדור. לשם כך, יש צורך להפוך דגימות בגודל גדול לרמה מקובלת עבור מיקרוסקופ אלקטרוני שידור באמצעות שיטות הכנת דגימות מסורבלות שונות.
האם הוא יכול להשתמש ישירות בתכונות החומר של חומר פני השטח של הדגימה להדמיה מיקרוסקופית הפכה למטרה שאותה רודפים מדענים.
לאחר עבודה קשה, הרעיון הזה הפך למציאות ----- מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (ScanningElectronicMicroscopy, SEM).
SEM הוא מכשיר אופטי אלקטרוני המשתמש בקרן אלקטרונים עדינה מאוד כדי לסרוק את פני הדגימה הנצפה, ואוסף סדרה של מידע אלקטרוני שנוצר על ידי האינטראקציה בין אלומת האלקטרונים לדגימה, אשר עוברת טרנספורמציה ומוגברת ליצירת תמונה. זהו כלי שימושי לחקר מבנה משטח תלת מימדי.
עקרון העבודה שלו הוא:
בקנה העדשה הוואקום הגבוה, אלומת האלקטרונים שנוצרת על ידי אקדח האלקטרונים ממוקדת לאורה דקה על ידי העדשה המתכנסת האלקטרונים, והיא נסרקת ומופצצת נקודה אחר נקודה על פני הדגימה כדי ליצור סדרה של מידע אלקטרוני (אלקטרונים משניים , אלקטרונים מושתקפים לאחור, אלקטרונים משודרים, אלקטרוניקה ספיגה וכו'), אותות אלקטרוניים שונים מתקבלים על ידי הגלאי, מוגברים על ידי המגבר האלקטרוני, ואז נכנסים לצינור התמונה הנשלט על ידי רשת צינור התמונה.
כאשר אלומת האלקטרונים הממוקדת סורקת את פני הדגימה, בשל התכונות הפיזיקליות והכימיות השונות, פוטנציאל פני השטח, הרכב היסודות והצורה הקעורה-קמורה של פני השטח של חלקים שונים של המדגם, המידע האלקטרוני הנרגש על ידי אלומת האלקטרונים הוא שונה, וכתוצאה מכך קרן האלקטרונים של צינור התמונה. העוצמה משתנה גם היא ברציפות, ולבסוף ניתן לקבל תמונה המתאימה למבנה פני השטח של הדגימה על מסך הפלורסצנטי של הקינסקופ. בהתאם לאות האלקטרוני המתקבל על ידי הגלאי, ניתן לקבל את תמונת האלקטרון המפוזר לאחור, תמונת האלקטרון המשנית, תמונת האלקטרון הספיגה וכו' של הדגימה בהתאמה.
כפי שתואר לעיל, למיקרוסקופ אלקטרוני סורק יש לרוב את המודולים הבאים: מודול מערכת אופטית אלקטרונית, מודול מתח גבוה, מודול מערכת ואקום, מודול זיהוי מיקרו אותות, מודול בקרה, מודול בקרת שלב מיקרו וכו'.
שניים: היתרונות של מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת
1. הגדלה
מכיוון שגודל מסך הפלורסנט של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק קבוע, השינוי בהגדלה מתממש על ידי שינוי משרעת הסריקה של קרן האלקטרונים על פני הדגימה.
אם הזרם של סליל הסריקה מצטמצם, טווח הסריקה של אלומת האלקטרונים על המדגם יקטן וההגדלה תגדל. ההתאמה נוחה מאוד, וניתן לכוון אותה ברציפות מ-20 פעמים לכ-200,000 פעמים.
2. רזולוציה
רזולוציה היא מדד הביצועים העיקרי של SEM.
הרזולוציה נקבעת על פי קוטר אלומת האלקטרונים הנכנסת וסוג אות האפנון:
ככל שקוטר אלומת האלקטרונים קטן יותר, כך הרזולוציה גבוהה יותר.
לאותות פיזיקליים שונים המשמשים להדמיה יש רזולוציות שונות.
לדוגמה, לאלקטרוני SE ו-BE יש טווחי פליטה שונים על פני הדגימה, והרזולוציות שלהם שונות. בדרך כלל, הרזולוציה של SE היא בערך 5-10 ננומטר, וזו של BE היא בערך 50-200 ננומטר.
3. עומק שדה
זה מתייחס למגוון של יכולות שעדשה יכולה להתמקד בו זמנית ולצלם בחלקים שונים של דגימה עם אי אחידות.
העדשה הסופית של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק מאמצת זווית צמצם קטנה ואורך מוקד ארוך, כך שניתן לקבל עומק שדה גדול, שגדול פי 100-500 מזה של מיקרוסקופ אופטי כללי ופי 10 גדול מזה זה של מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת.
עומק שדה גדול, חוש תלת מימדי חזק וצורה מציאותית הם המאפיינים הבולטים של SEM.
דגימות עבור SEM מחולקות לשתי קטגוריות:
1 היא דגימה עם מוליכות טובה, שבדרך כלל יכולה לשמור על צורתה המקורית וניתן לצפות בה במיקרוסקופ אלקטרונים ללא או עם מעט ניקוי;
2. דגימות לא מוליכות, או דגימות המאבדות מים, יוצאות גזים, מתכווצות ומתעוותות בוואקום, צריכות להיות מטופלות כראוי לפני שניתן לצפות בהן.
