میکروسکوپ الکترونی روبشی: تفاوت میان نسخه‌ها

میکروسکوپ الکترونی روبشی، از مناسب‌ترین وسایل در دسترس برای آزمایش و آنالیز مورفولوژی نانو ساختارها و شناسایی ترکیبات شیمیائی است. توانائی SEM برای بررسی سطح مواد بی نظیر بوده و حائز برتری‌های فراونیفراوانی نسبت به میکروسکوپ‌های نوری است. در میکروسکوپ نوری تشکیل تصویر با استفاده از نورهای منعکس شده از سطح نمونه صورت می‌گیرد، در حالی که در SEM این مهم با بکارگیری الکترون‌ها میسر می‌شود. در واقع این میکروسکوپ یکی از روش‌های تولید تصاویر با روبش یک پرتو الکترونی روی سطح نمونه است. طول موج الکترون‌ها از فوتون‌های نور کوتاه‌تر بوده و طول موج کوتاه‌تر باعث ایجاد وضوح، قدرت تفکیک و حصول اطلاعات مناسب تر می‌شود. در حقیقت در SEM هیچ سیستم نوری-الکترونی برای تشکیل تصویر و بزرگ نمائی وجود ندارد، بلکه تصویر از مشاهده نقطه به نقطه پدیده‌های سطح منتج از اثر متقابل پرتوی الکترونی با سطح نمونه تشکیل می‌شود. با این روش تصاویر سه بعدی از ساختار، نمونه به دست می‌آید.

سیگنال‌های مورد استفاده توسط SEM برای تولید تصویر نتیجهٔ برهم کنش پرتو الکترون با اتم‌های نمونهٔ مورد آزمون در عمق‌های متفاوت می‌باشد. در این [[میکروسکوپ]] ابتدا باید یک ستون الکترون ایجاد شود که برای این کار از تفنگهای الکترونی استفاده می‌شود. هرچه تعداد این الکترونها بیشتر و در عین حال قطر این ستون کمتر باشد، مطلوبتر خواهد بود ضمن اینکه هم سرعت بودن این الکترونها نیز از دیگر خصوصیات مثبت آن‌ها تلقی می‌شود. پس از تولید این ستون از الکترونها، بر حسب شرایط مورد نظر کاربر با ایجاد یک [[میدان الکتریکی]] به آن‌ها [[شتاب]] داده می‌شود و به کمک چندین لنز الکترومغناطیسی شعاع آن را تا حد مطوبمطلوب کوچک می‌کنند. در این راه از روزنه‌های تعبیه شده در مسیر عبور الکترونها نیز استفاده می‌شود. پس از اینکه الکترونها به سرعت مورد نظر دست یافتند و شعاع ستون نیز تنظیم شد، این ستون از الکترونها تحت کنترل کامل با نقطه خاصی از جسم برخورد می‌کنند و نتیجه اندرکنش آن‌ها با نمونه توسط حسگرهای خاص ثبت می‌شود. البته واضح است که برای ثبت هر اندرکنش حسکرحسگر خاصی نیز لازم است. پس از ثبت این آثار، ستون الکترون به نقطه مجاور نقطه فعلی هدایت شده و آثار اندرکنش این نقطه نیز ثبت می‌گردد و این کار برای یک شبکه ۲ بعدی بر روی سطح جسم و به ازای تک تک نقاط (والبته با سرعت بسیار بالا) صورت می‌پذیرد. از نمایش نتایج حاصل بر روی یک نمایشگر، تصویری شکل می‌گیرد که همانند تصویر تلویزیون همواره در حال جاروب کردن صفحه نمایشگر است به‌این ترتیب و بسته به اندرکنشی که خواص آن ثبت گردیده، تصویری حاصل می‌شود که می‌تواند خصوصیت [[مورفولوژی]] یا ترکیب نمونه در لایه‌های سطحی آن را بیان کند. با توجه به آنچه گفته شد در ادامه به معرفی دقیقتر اجزای یک SEM پرداخته خواهد شد.<ref>http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3995</ref><ref>1- م. کرباسی؛ "میکروسکوپ الکترونی روبشی وکاربردهایو کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، " جهاد دانشگاهی واحد اصفهان، 1390</ref>

در این تفنگها، کاتد تولیدکننده الکترون، یک سیم تنگستنی است که وسط آن به صورت V شکل خم شده و شعاع سر آن حدود ۱۰۰ میکرومتر است. در این تفنگها سر فیلمان تنگستن بر اثر عبور جریا تا ۲۷۰۰ درجه کلوین گرم شده و طبق قانون ریچاردسون-داچمن جریانی تا 1.75 A/cm2 منتشر می‌کند. علت استفاده از تنگستن در این تفنگها، تابع کار پایین و مقاومت بالای آن در برابر حرارت و جریان الکتریسیته است. میزان دمای فیلمان تأثیر مستقیمی بر روی میزان الکترونهای خارج شده از یک سو وعمرو عمر آن از سوی دیگر دارد.

آنچه در مورد تفنگهای الکترونی اهمیت دارد، تأثیر جریان فیلمان بر روشنایی تصویر است، به‌طور نمونه با افزایش دمای فیلمان از ۲۷۰۰ به ۳۰۰۰ درجه روشنایی حدود ۵ برابر افزایش می‌یابد اما عمر آن بین ۳۰ تا ۶۰ برابر کاهش می‌یابد که این لزوم تنظیم دمارادما را به خوبی نشان می‌دهد.

میکروسکوپهای الکترونی تحت خلأ کار می‌کنند که دلایل زیادی برای آن وجود دارد. مهمترین این دلایل را می‌توان دست یافتن به پرتو متمرکزتر و عمر بیشتر دستگاه دانست. مسافت طی شده بدون برخورد توسط الکترون در فشار یک اتمسفر ۱ سانتمترسانتی‌متر است در حالیکه در فشارTorr 10-6 این مسافت برابر ۶ متر خواهد بود. Torr واحد قدیمی‌فشار هوا است که در سیتمهایسیستم‌های خلأ میکروسکوپهای الکترونی کاربرد دارد و هر Torr برابر ۱۳۳ پاسکال است. همچنین در صورت وجود هوا امکان تخلیه الکتریکی نیز وجود دارد. علاوه بر این امکان سوختن، از بین رفتن و ایجاد واکنش بر روی نمونه و فیلمان تفنگ الکترونی نیز وجود دارد که تمام این موارد به لزوم ایجاد خلأ بالا در دستگاه اشاره دارد.