העיקרון והמבנה של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק
מיקרוסקופ אלקטרוני סורק, השם המלא של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק, באנגלית הוא מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM), הוא מכשיר אופטי אלקטרוני המשמש לצפייה במבנה פני השטח של עצמים.
1. עקרון מיקרוסקופ אלקטרונים סורק
ייצור מיקרוסקופים אלקטרונים סורקים מבוסס על אינטראקציה של אלקטרונים עם חומר. כאשר אלומה של אלקטרונים אנושיים בעלי אנרגיה גבוהה מפגיזה את פני השטח של חומר, אזור העירור מייצר אלקטרונים משניים, אלקטרונים אוגר, קרני רנטגן אופייניות וקרני רנטגן רצף, אלקטרונים מפוזרים לאחור, אלקטרוני העברה וקרינה אלקטרומגנטית בשטח הנראה, האולטרה סגול. ואזורי אינפרא אדום. . במקביל, ניתן ליצור גם זוגות אלקטרונים-חורים, תנודות סריג (פונונים) ותנודות אלקטרונים (פלסמונים). לדוגמה, אוסף של אלקטרונים משניים ואלקטרונים מפוזרים לאחור יכול לקבל מידע על המורפולוגיה המיקרוסקופית של החומר; איסוף צילומי רנטגן יכול לקבל מידע על ההרכב הכימי של החומר. סריקת מיקרוסקופים אלקטרונים פועלים על ידי סריקת דגימה עם אלומת אלקטרונים עדינה במיוחד, אלקטרונים משניים מרגשים על פני הדגימה. האלקטרונים מסדר ראשון נאספים על ידי הגלאי, מומרים לאותות אופטיים על ידי הסינטילטור שם, ואז מומרים לאותות חשמליים על ידי צינורות ומגברים פוטו-מכפיל, השולטים בעוצמת קרן האלקטרונים על מסך הזרחן, ומציגים את התמונה הסרוקה בסנכרון עם אלומת האלקטרונים. התמונות הן תמונות תלת מימדיות המשקפות את מבנה פני השטח של הדגימה.
2. המבנה של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק
(1) קנה עדשה
קנה העדשה כולל את אקדח האלקטרונים, עדשת הקבל, עדשת האובייקטיב ומערכת הסריקה. תפקידו ליצור אלומת אלקטרונים עדינה במיוחד (בקוטר של כמספר ננומטרים) הסורקת את פני הדגימה תוך כדי ריגוש אותות שונים.
(2) מערכת רכישת ועיבוד אותות אלקטרונית
בתא הדגימה, אלומת האלקטרונים הסורקת מקיימת אינטראקציה עם המדגם כדי ליצור מגוון אותות, כולל אלקטרונים משניים, אלקטרונים מפוזרים לאחור, קרני רנטגן, אלקטרונים נספגים, אלקטרונים רוסיים (אוגר) ועוד. בין האותות שהוזכרו לעיל, החשובים ביותר הם אלקטרונים משניים, שהם אלקטרונים חיצוניים הנרגשים על ידי אלקטרונים תקפים באטומי הדגימה, והם נוצרים באזור של מספר ננומטרים עד עשרות ננומטרים מתחת לפני השטח של המדגם. קצב הייצור נקבע בעיקר על ידי המורפולוגיה והרכב המדגם. תמונת מיקרוסקופ האלקטרון הסורק מתייחסת בדרך כלל לתמונת האלקטרון המשנית, שהיא האות האלקטרוני השימושי ביותר לחקר הטופוגרפיה של פני השטח של הדגימה. הבדיקה של הגלאי שמזהה את האלקטרונים המשניים היא הניצוץ. כאשר האלקטרונים פוגעים בניצוץ, נוצר אור בניצוץ. אור זה מועבר דרך צינור האור לצינור הפוטו-מכפיל, הממיר את אות האור לאות זרם, אשר מועבר לאחר מכן דרך Preamplification והגברת וידאו ממירים את אות הזרם לאות מתח, אשר נשלח לבסוף לרשת של צינור תמונה.
(3) מערכת תצוגה והקלטה של אותות אלקטרוניים
תמונות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק מוצגות על שפופרת קרן קתודית (שפופרת תמונה) ומתועדות על ידי מצלמה. ישנם שני סוגים של צינורות תמונה, האחד משמש לתצפית ובעל רזולוציה נמוכה יותר והוא צינור זוהר ארוך; השני משמש להקלטה צילומית ובעל רזולוציה גבוהה יותר והוא צינור זוהר קצר.
(4) מערכת ואקום ומערכת אספקת חשמל
מערכת הוואקום של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק מורכבת ממשאבה מכנית ומשאבת דיפוזיה של שמן. מערכת אספקת החשמל מספקת את הכוח הספציפי הנדרש לכל רכיב.
3. מטרת סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים
התפקיד הבסיסי ביותר של סריקת מיקרוסקופים אלקטרונים הוא לצפות במשטחים של דגימות מוצקות שונות ברזולוציה גבוהה. תמונות עומק שדה גדולות הן תכונה של תצפיות במיקרוסקופ אלקטרוני סורק, כגון: ביולוגיה, בוטניקה, גיאולוגיה, מטלורגיה וכו'. התצפיות יכולות להיות משטחים לדוגמה, משטחים חתוכים או חתכים. מטלורגים שמחים לראות משטחים בתוליים או בלויים ישירות. למד בקלות משטחי תחמוצת, צמיחת גבישים או פגמי קורוזיה. מצד אחד, הוא יכול לבחון בצורה ישירה יותר את המבנה העדין של נייר, טקסטיל, עץ טבעי או מעובד, וביולוגים יכולים להשתמש בו כדי לחקור את המבנה של דגימות קטנות ושבריריות. למשל: חלקיקי אבקה, דיאטומים וחרקים. מצד שני, הוא יכול לצלם תמונות תלת מימדיות התואמות לפני השטח של המדגם. למיקרוסקופיה סורקת אלקטרונים יש מגוון רחב של יישומים בחקר חומרים מוצקים, והיא דומה למכשירים אחרים. לאפיון מלא של חומרים מוצקים, מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת.
