از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد.
یک میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکسبرداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.
نخستین تلاشها در توسعهٔ میکروسکوپ الکترونی روبشی به سال ۱۹۳۵ بازمیگردد که نول*[1] و همکارانش در آلمان پژوهشهایی در زمینهٔ پدیدههای الکترونیک نوری انجام دادند. آرْدِن *[2] در سال ۱۹۳۸ با اضافه کردن پیچههای جاروبکننده به یک میکروسکوپ الکترونی عبوری توانست میکروسکوپ الکترونی عبوری-روبشی بسازد.
استفاده از میکروسکوپ SEM برای مطالعهٔ نمونههای ضخیم اولین بار توسط زوُرِکین*[3] و همکارانش در سال ۱۹۴۲ در ایالات متحده گزارش شد. قدرت تفکیک میکروسکوپهای اولیه در حدود ۵۰ نانومتر بود.
عکس
فریت باریم تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی
عکس میکروسکوپ الکترونی پوبشی از آلیاژ کبالت-سماریم-مس که بطور عمیق توسط محلول ۱۰ درصد اسید نیتریک در اتیل الکل (نایتال) برای حذف مواد بین
دندریتهای اصلی اچ شدهاست.
- شکل
هر جامد یا مایعی که فشار بخاری کمتر از ۱۰-۳ تور داشته باشد.
- اندازه
محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ الکترونی پوبشی تعیین میشود. معمولاً نمونههایی با اندازهٔ ۱۵ تا ۲۰ سانتیمتر را میتوان در میکروسکوپ قرار داد.
- آمادهسازی
تکنیکهای پولیش و اچ متالوگرافی استاندارد برای مواد هادی الکتریسیته کافی هستند. مواد غیرهادی معمولاً با لایهٔ نازکی از کربن، طلا یا آلیاژهای طلا پوشش داده میشوند.
[ویرایش] برخی از کاربردها
- بررسی نمونههای آماده شده برای متالوگرافی در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری.
- بررسی مقاطع شکست و سطوحی که اچ عمیق شدهاند و مستلزم عمق میدان بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری هستند.
- ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونهها در فاصلهای به کوچکی ۱ میکرومتر
- کیفیت تصویر سطوح تخت نظیر نمونههایی که پولیش و اچ متالوگرافی شدهاند، معمولاً در بزرگنمایی کمتر از ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر به خوبی میکروسکوپ نوری نیست.
این بخش از این نوشتار خُرد است. با گسترش آن به ویکیپدیا کمک کنید.
- ^ Knoll
- ^ Ardenne
- ^ Зворыкин
اساس كار ميكروسكوپ عبور الكتروني
برخورد الكترون با ماده شامل سازوكارهاي مختلفي ميباشد كه از مهمترين آنها ميتوان به برخورد و توليد الكترون ثانويه پسپراكندگي و پيشپراكندگي توليد اشعة X و الكترون اوژه اشاره كرد. باتوجه به سازوكارهاي موجود تحليل نتايج هريك از اين سازوكارها دادههايي را در مورد شكل و اندازه، ساختار و تركيب شيميايي ماده به دست ميدهد. ابتدا نحوة اندركنش الكترون- ماده و تصويربرداري ميكروسكوپ عبور الكتروني را بررسي كرده و سپس به ساير روشهاي مورد استفاده ازجمله پراش الكترون و
EDS
ميپردازيم
برهمكنشهاي الكترون با اتم و تفنگ الكتروني
پرتو الكتروني به روشهاي مختلفي توليد ميشود كه از مهمترين آنها ميتوان به گسيل ترمويونيك
( Thermoionic Emission )
و گسيل ميداني اشاره كرد. براي گسيل ترمويونيك به طور معمول از يك المان داغ استفاده ميكنند كه تا دماي حدود 2800 درجه كلوين گرم ميشود. جنس المان اغلب از تنگستن يا
LaB6
است. مجموعه المان را نسبت به شبكههاي شتابدهنده در پتانسيل منفي نگه ميدارند و الكترونهاي توليدشده در اثر پديده ترمويونيك در پتانسيل بالا شتاب گرفته و انرژي بالايي كسب ميكنند
شكل1- اساس گسيل ترمويونيك و توليد باريكه الكتروني
در روش گسيل ميداني از پديده تونلزني استفاده ميشود. در اين حالت با اعمال ميدان بالا در سطح فلز و كاهش سد پتانسيل الكترون ميتواند تونل زده و از سطح فلز خارج شود. در اين صورت ميتوان شار بزرگي از الكترون ايجاد كرد. مقدار بار ايجادشده در اين پديده به ميدان اعمالشده بستگي دارد. براي بدستآوردن بهره بالا براي توليد جريان بايد از فلزي با نوك بسيار تيز استفاده كرد و براي جلوگيري از اكسيدشدن خلاء خيلي بالا نيز
(Ultra High Vacuum)
مورد نياز است. در هر دو حالت الكترونهاي ايجادشده را ميتوان به كمك ميدان مغناطيسي (كه مجموعه مورد استفاده عدسي مغناطيسي ناميده ميشود) كانوني كرده و باريكه الكتروني مناسبي توليد كرد. شكل (2) نمونهاي از عدسي مغناطيسي مورد استفاده را نشان ميدهد
شكل (2) نمونهاي از عدسي مغناطيسي
در اثر برخورد باريكه الكتروني با ماده پديدههاي متنوعي روي ميدهد (شكل 3) كه انواع پراكندگيها (Scattering) را شامل ميشود كه مهمترين آنها عبارتند از: ● پراكندگي الاستيك بدون تغيير انرژي تكانه الكترون تغيير ميكند. ● پراكندگي غيرالاستيك كه الكترون بخشي از انرژي خود را از دست ميدهد كه شامل موارد زير است: ● پراكندگي ناشي از توليد فوتون (كوانتاي ارتعاشي شبكه) ● پراكندگي در اثر برخورد با بار آزاد سطحي در فلزات كه پراكندگي پلاسموني ناميده ميشود. ● برانگيختگي الكترون والانس ● برانگيختگي الكترونهاي مدار داخلي ماده كه در توليد اشعه X مشخصه ماده نقش دارد. ● جذب: در اين حالت الكترون در برخوردهاي پي در پي تمام انرژي خود را به ماده منتقل ميكند
شكل (3) سازوكارهاي موجود در برخورد باريكه الكتروني با ماده
در اثر برخورد باريكه الكتروني با ماده الكترونهاي ثانويه توليد ميشوند. هرچند تفكيك الكترونهاي اوليه كمانرژي و الكترونهاي ثانويه عملاً دشوار است. علاوه بر الكترونهاي ثانويه الكترونها پسپراكندهشده نيز وجود دارند كه براي تصويربرداري الكتروني روبشي از آنها استفاده ميشود. الكترونها در برخورد اوليه با ماده موجب برانگيختگي الكترونهاي ترازهاي داخلي ماده ميشوند. الكترونهاي برانگيختهشده به دو صورت به حالت پايه برميگردند كه عبارتند از
توليد الكترون اوژه و توليد اشعه X كه با اندازهگيري هركدام از آنها ميتوان برخي از ويژگيهاي ماده را بدست آورد. در صورتي كه تراز برانگيختهشده تراز خارجي اتم باشد، الكترون با گسيل فوتون ميتواند به حالت پايه برگردد. شكل (4) شمايي از سازو كارهاي موجود در برانگيختگي ترازهاي انرژي در اثر برخورد الكترون را نشان ميدهد
شكل (4) شمايي از سازو كارهاي موجود در برانگيختگي ترازهاي انرژي در اثر برخورد الكترون
بتدا باريكة الكتروني با انرژي بالا در يك تفنگ الكترون توليد ميشود. باريكه توليدشده را ميتوان به راحتي و به وسيلة عدسيهاي مغناطيسي به مقدار مناسب كانوني كرد. بعد ازكانونيشدن باريكه الكتروني همانرژي براي شروع آزمايش در دسترس است. باريكه الكتروني به نمونه مورد آزمايش كه داراي ضخامت بسيار كمي است تابانده ميشود و سازوكارهايي كه پيشتر در مورد آنها صحبت شد، بسته به نوع ماده در ناحيه برخورد وجود خواهد داشت. همانگونه كه در شكل بهروشني مشخص است آشكارسازهايي براي آشكارسازي و جمعآوري دادههاي مربوط به هريك از فرآيندهاي موجود درنظر گرفته شده است. شكل (5) شمايي از اساس كار ميكروسكوپ عبور الكتروني و قسمتهاي مختلف آن را نشان ميدهد
شكل 5- اساس كار ميكروسكوپ عبور الكتروني
- Gabriel, B.L., SEM: A User's Manual for Material Science, ASM, ۱۹۸۵.
- Reimer, L., Scanning Electron Microscopy, Springer-Verlag, ۱۹۹۸.
[ویرایش] جستارهای وابسته