Το μικρό κελλάρι: Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο Σάρωσης ΗΜΣ SEM

Τετάρτη 9 Οκτωβρίου 2013

Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο Σάρωσης ΗΜΣ SEM

Το ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο σάρωσης ΗΜΣ (Scanning Electron Microscope SEM) χρησιμοποιεί, όπως και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης, μια δέσμη ηλεκτρονίων που εδώ αντί τα ηλεκτρόνια να διαπερνούν το παρασκεύασμα, σαρώνουν την επιφάνειά του (όπως σαρώνουν τα μάτια μας τη σελίδα ενός βιβλίου που διαβάζουμε) με πολύ μεγάλη ταχύτητα.

Η δέσμη των ηλεκτρονίων παράγεται και εδώ από ένα νήμα, και ένα σύστημα ανόδου – καθόδου όπου εφαρμόζεται υψηλή τάση συνήθως 20 KVolt έως 50 KVolt, για την επιτάχυνση των ηλεκτρονίων.

Η σχηματιζόμενη ηλεκτρονιακή δέσμη, περνώντας μέσα από δύο ή τρεις ηλεκτρομαγνητικούς φακούς του συλλέκτη, λεπταίνει συνεχώς, ώστε στην περιοχή του δείγματος η διάμετρός της να είναι περίπου 5-10nm.

Στη συνέχεια σαρώνει όλη την εξεταζόμενη επιφάνεια του δείγματος.

Tα ηλεκτρόνια της δέσμης που χτυπούν στο παρασκεύασμα έχουν αρκετή ενέργεια π.χ. 30 KeV αν επιταχύνθηκαν από τάση 30 KVolt.

Καθώς το παρασκεύασμα βομβαρδίζεται από τα μεγάλης ενέργειας (KeV) ηλεκτρόνια της δέσμης, κάποια από τα ηλεκτρόνια το διαπερνούν, κάποια σκεδάζονται ή άγονται ενώ συγχρόνως παράγονται δευτερογενή ηλεκτρόνια, ακτίνες Χ και ηλεκτρόνια Auger.

.........................................................................

..............................................................................................................

.........................................................................................

Ονομάζουμε δευτερογενή ηλεκτρόνια που διαφεύγουν από την πλευρά εισόδου της δέσμης και έχουν ενέργεια μικρότερη από 50 eV.

Μπορεί να είναι πρωτογενή ηλεκτρόνια της δέσμης, που περιπλανήθηκαν τυχαία μέσα στο δείγμα και στο τέλος της διαδρομής τους φθάνουν στην επιφάνεια με ενέργεια μερικά eV. Το πιθανότερο να είναι ηλεκτρόνια του δείγματος στα οποία έχει μεταφερθεί μία μικρή ενέργεια μέσω ενός μηχανισμού ανελαστικής σκέδασης πολύ κοντά στην επιφάνεια.

Τα δευτερογενή ηλεκτρόνια για να εξέλθουν από το δείγμα χωρίς να απορροφηθούν, πρέπει να παραχθούν κοντά στην επιφάνεια του δείγματος, έχουν χαμηλή ενέργεια, μερικά eV.

Αυτά τα δευτερογενή ηλεκτρόνια συλλέγονται και στέλνονται σαν ένα ηλεκτρονικό σήμα μέσω ενός ενισχυτή εικόνας σ’ ένα καθοδικό σωλήνα όπου γίνεται η παρατήρηση ή η φωτογράφηση του δείγματος.

Ο αριθμός των δευτερογενών ηλεκτρονίων που ανιχνεύονται, εξαρτάται άμεσα από την «τοπογραφία» της επιφάνειας και τη χημική σύσταση των εξεταζόμενων στοιχείων του δείγματος.

Με τη βοήθεια της γεννήτριας σάρωσης η δέσμη των ηλεκτρονίων του μικροσκοπίου που σαρώνει το δείγμα είναι σε συγχρονισμό με τη δέσμη ηλεκτρονίων του καθοδικού σωλήνα.

Με τον τρόπο αυτό στην οθόνη του καθοδικού σωλήνα αποτυπώνεται το είδωλο της περιοχής του δείγματος που σαρώνει η δέσμη, το ανάγλυφο της επιφάνειας του δείγματος. Επειδή οι προεξοχές της επιφάνειας του δείγματος δίνουν περισσότερα δευτερογενή ηλεκτρόνια, αντιστοιχούν στις φωτεινές περιοχές του ειδώλου, ενώ οι εσοχές της επιφάνειας του δείγματος σε σκοτεινές περιοχές του ειδώλου.

Το είδωλο είναι μια τρισδιάστατη εικόνα της εξωτερικής επιφάνειας του εξεταζομένου δείγματος, δεν δίνει πληροφορίες για το εσωτερικό του δείγματος.

Αν και με τον τρόπο που δημιουργείται το είδωλο μπορούν να επιτευχθούν μεγάλες μεγεθύνσεις, η διακριτική ικανότητα είναι περιορισμένη.

Ένα σύγχρονο ΗΜΣ έχει διακριτική ικανότητα που φθάνει τα 3 nm.

Τα άλλα ηλεκτρόνια ή οι ακτινοβολίες που παράγονται κατά τη σάρωση του δείγματος, μπορούν να μας δώσουν άλλες πληροφορίες σχετικές με την υφή και σύσταση του παρασκευάσματος.

Ένα παρασκεύασμα για να παρατηρηθεί με το κλασσικό ΗΜΣ πρέπει να αντέχει στο υψηλό κενό, να αντέχει στο βομβαρδισμό των ηλεκτρονίων, να είναι αγώγιμο.

Επειδή με το SEM μελετούμε μόνο την επιφανειακή μορφολογία, το δείγμα δεν χρειάζεται να είναι πολύ λεπτό, γεγονός που απλουστεύει πολύ τη διαδικασία της προετοιμασίας του.