סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM)

אלקטרונים נוצרים על ידי חימום על ידי אקדח האלקטרונים, הפועל כמו קתודה. אלקטרונים אלה נדחפים לכיוון האנודה, באותו כיוון כמו המדגם, בשל שדה חשמלי חזק. לאחר קרן האלקטרונים מרוכזת, היא נכנסת לעדשה האובייקטיבית, אשר מכוילת על ידי המשתמש למיקום קבוע על המדגם. (איור 1)

ברגע שהאלקטרונים פוגעים במדגם מוליך, שני דברים יכולים לקרות. ראשית, האלקטרונים העיקריים שפגעו במדגם יתחפרו דרכה לעומק התלוי ברמת האנרגיה של האלקטרונים האלה. לאחר מכן, האלקטרונים המשניים והמתכווצים יפגעו במדגם וישקפו כלפי חוץ ממנה. אלקטרונים משתקף אלה נמדדים לאחר מכן על ידי גלאי האלקטרונים המשני (SE) או backscattered (BS). לאחר עיבוד האות מתרחש, תמונה של המדגם נוצרת על המסך. ¹

במצב SE, אלקטרונים משניים נמשכים על ידי הטיה חיובית בחזית הגלאי בגלל האנרגיה הנמוכה שלהם. עוצמת האות מגוונת בהתאם לזווית המדגם. לכן, מצב SE מספק תמונות טופוגרפיות מאוד. מצד שני, במצב BS, כיוון האלקטרונים הוא כמעט הפוך כמעט בכיוון הקרן האלקטרונית ועוצמת הזיהוי פרופורציונלית למספר האטומי של המדגם. לכן, זה פחות טופוגרפי, אבל שימושי עבור תמונות קומפוזיציה. מצב BS מושפע פחות גם מהשפעת הטעינה על המדגם, אשר מועיל עבור דגימות שאינן מוליכות. ¹

איור 1. סכמטי של SEM.

ה-SEM, הנראה באיור 2a, שימש לביצוע מדידות ולהשגת תמונות לדוגמה. המדגם כלל מלח נתרן כלורי (NaCl). הוא הונח על הספח כפי שניתן לראות באיור 2b, ואז כמה ננומטרים של זהב התנדנדו עליו כדי להפוך אותו מוליך. המדגם המוליך הוכנס לאזור מדגם SEM כפי שניתן לראות באיור 2c.

תמונות SEM הושגו ברמות הגדלה של פי 50, 200X, 500X, 1,000X ו-5,000X, כפי שניתן לראות באיור 3. איור 3a מציג מבט של ציפור עין על דגימת המלח בהגדלה של פי 50. איור 3b מתקרב לחלקיק מלח בודד בהגדלה של פי 200X. איור 3c מציג את אותה רמת הגדלה אך כולל מדידות שטח וקוטר שבוצעו בתוכנת SEM. איור תלת-ממדי מתקרב ל- 500X ומראה את שטח העניין בחלקיק המלח. איור 3e מראה הגדלה של פי 1,000, המאפשרת להתבונן בפינת חלקיק המלח שנפגע. איור 3f מציג הגדלה של פי 5,000, המאפשרת למשתמש להציג את מבנה חלקיק המלח.

איור 2. (א) תמונה של SEM. (ב) מלח NaCl שהונח על ספח מדגם עם סרט פחמן. (ג) ספח מדגם שהוכנס לשלב מדגם SEM לאחר שטופל בציפוי זהב.

איור 3. תמונות SEM של דגימה ברמות הגדלה שונות: (א) 50X, (ב) 200X, (ג) 200X עם מדידות, (ד) 500X, (ה) 1,000X ו- (ו) 5,000X.

ה- SEM הוא כלי רב עוצמה הנפוץ ברוב מוסדות המחקר בשל יכולתו לדמיין כל אובייקט מוליך, או טופל בציפוי מוליך. ה- SEM שימש לתמונה של עצמים כגון התקני מוליכים למחצה,² ממברנות ביולוגיות,³ וחרקים,⁴ בין היתר. השתמשנו גם ב- SEM כדי לנתח ננו-סיביות וחומרים מבוססי נייר, ביו-חומרים, מבנים זעירים. כמובן, ישנם חומרים, כגון נוזלים, שלא ניתן להציב לתוך SEM סטנדרטי להדמיה, אבל פיתוח מתמשך של מיקרוסקופים אלקטרונים סריקה סביבתית (ESEM) מאפשר פונקציונליות כזו. ESEM דומה ל- SEM בכך שהוא משתמש באקדח אלקטרונים ומנתח את אינטראקציית האלקטרונים עם המדגם. ההבדל העיקרי הוא כי ESEM מחולק לשני תאים נפרדים. התא העליון מורכב מאקדח האלקטרונים ונכנס למצב ואקום גבוה, בעוד התא התחתון מכיל את המדגם ונכנס למצב לחץ גבוה. מכיוון שאזור המדגם אינו צריך להיכנס לוואקום, ניתן להשתמש בדגימות רטובות או ביולוגיות במהלך תהליך ההדמיה. יתרון נוסף של ESEM הוא כי המדגם לא צריך להיות מצופה עם חומר מוליך. עם זאת, ל- ESEM יש כמה חסרונות של ניגודיות תמונה נמוכה ומרחק עבודה קטן עקב סביבה גזית בתא המדגם. . כלל האצבע הכללי הוא שאם אתה מסוגל לצפות מדגם בשכבה מוליכת, אז זה יכול להיות בתמונה SEM, המאפשר כמעט את כל האובייקטים המוצקים להיות מנותח.

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.