مبدأ وبنية المسح بالمجهر الإلكتروني
المجهر الإلكتروني الماسح ، الاسم الكامل لمجهر المسح الإلكتروني ، اللغة الإنجليزية تقوم بمسح المجهر الإلكتروني (SEM) ، هو أداة بصرية إلكترونية تستخدم لمراقبة بنية سطح الأشياء.
1. مبدأ المسح بالمجهر الإلكتروني
يعتمد تصنيع المجاهر الإلكترونية الماسحة على تفاعل الإلكترونات مع المادة. عندما يقصف شعاع من الإلكترونات البشرية عالية الطاقة سطح مادة ما ، تنتج منطقة الإثارة إلكترونات ثانوية وإلكترونات أوجيه وأشعة سينية مميزة وأشعة سينية متصلة وإلكترونات متناثرة وإلكترونات الإرسال والإشعاع الكهرومغناطيسي في الأشعة فوق البنفسجية المرئية ، ومناطق الأشعة تحت الحمراء. . في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا إنشاء أزواج ثقب الإلكترون ، والاهتزازات الشبكية (الفونونات) ، والتذبذبات الإلكترونية (البلازمونات). على سبيل المثال ، يمكن لجمع الإلكترونات الثانوية والإلكترونات المتناثرة الحصول على معلومات حول التشكل المجهري للمادة ؛ يمكن لجمع الأشعة السينية الحصول على معلومات عن التركيب الكيميائي للمادة. تعمل مجاهر المسح الإلكتروني عن طريق مسح عينة بشعاع إلكتروني دقيق للغاية ، مما يثير الإلكترونات الثانوية على سطح العينة. يتم جمع الإلكترونات من الدرجة الأولى بواسطة الكاشف ، وتحويلها إلى إشارات ضوئية بواسطة جهاز وميض هناك ، ثم يتم تحويلها إلى إشارات كهربائية بواسطة أنابيب ومضخمات ضوئية ، والتي تتحكم في شدة شعاع الإلكترون على شاشة الفوسفور ، وتعرض الصورة الممسوحة ضوئيًا بالتزامن مع شعاع الإلكترون. الصور عبارة عن صور ثلاثية الأبعاد تعكس بنية سطح العينة.
2. هيكل المسح الإلكتروني بالمجهر
(1) ماسورة العدسة
يشتمل برميل العدسة على مسدس إلكتروني وعدسة مكثف وعدسة موضوعية ونظام مسح. يتمثل دورها في توليد شعاع إلكتروني دقيق للغاية (يبلغ قطره حوالي بضعة نانومترات) يمسح سطح العينة بينما يثير إشارات مختلفة.
(2) نظام الحصول على الإشارات الإلكترونية ومعالجتها
في حجرة العينة ، يتفاعل شعاع الإلكترون الماسح مع العينة لتوليد مجموعة متنوعة من الإشارات ، بما في ذلك الإلكترونات الثانوية ، والإلكترونات المتناثرة ، والأشعة السينية ، والإلكترونات الممتصة ، والإلكترونات الروسية (أوجيه) ، وأكثر من ذلك. من بين الإشارات المذكورة أعلاه ، فإن الأهم هو الإلكترونات الثانوية ، وهي إلكترونات خارجية تثيرها الإلكترونات الساقطة في ذرات العينة ، وتتولد في المنطقة من عدة نانومترات إلى عشرات النانومترات تحت سطح العينة. يتم تحديد معدل التوليد بشكل أساسي من خلال مورفولوجيا العينة وتكوينها. عادةً ما تشير صورة المجهر الإلكتروني الماسح إلى صورة الإلكترون الثانوية ، وهي الإشارة الإلكترونية الأكثر فائدة لدراسة التضاريس السطحية للعينة. مسبار الكاشف الذي يكتشف الإلكترونات الثانوية هو الومض. عندما تصطدم الإلكترونات بالمومض ، يتولد الضوء في جهاز وميض. ينتقل هذا الضوء عبر أنبوب الضوء إلى أنبوب المضاعف الضوئي ، والذي يحول إشارة الضوء إلى إشارة حالية ، والتي يتم تمريرها بعد ذلك من خلال التضخيم المسبق وتضخيم الفيديو ، وتحويل الإشارة الحالية إلى إشارة الجهد ، والتي يتم إرسالها أخيرًا إلى شبكة أنبوب الصورة.
(3) عرض الإشارات الإلكترونية ونظام التسجيل
يتم عرض صور المجهر الإلكتروني الماسح على أنبوب أشعة الكاثود (أنبوب الصورة) ويتم تسجيلها بواسطة الكاميرا. هناك نوعان من أنابيب الصور ، أحدهما يستخدم للمراقبة وله دقة أقل وهو أنبوب طويل بعد الشفق ؛ الآخر يستخدم للتسجيل الفوتوغرافي وله دقة أعلى وهو أنبوب شفق قصير.
(4) نظام الفراغ ونظام الإمداد بالطاقة
يتكون نظام الفراغ في المجهر الإلكتروني الماسح من مضخة ميكانيكية ومضخة نشر الزيت. يوفر نظام الإمداد بالطاقة الطاقة المحددة المطلوبة لكل مكون.
3. الغرض من مسح المجهر الإلكتروني
تتمثل الوظيفة الأساسية لمسح المجاهر الإلكترونية في مراقبة أسطح العينات الصلبة المختلفة بدقة عالية. العمق الكبير للصور الميدانية هي سمة لمسح ملاحظات المجهر الإلكتروني ، مثل: علم الأحياء ، علم النبات ، الجيولوجيا ، علم المعادن ، إلخ. يمكن أن تكون الملاحظات عبارة عن أسطح عينات أو أسطح مقطوعة أو مقاطع عرضية. يسعد علماء المعادن برؤية الأسطح البالية أو البالية مباشرة. ادرس بسهولة أسطح الأكسيد أو نمو البلورات أو عيوب التآكل. من ناحية أخرى ، يمكنه فحص البنية الدقيقة للورق والمنسوجات والخشب الطبيعي أو المعالج بشكل مباشر ، ويمكن لعلماء الأحياء استخدامه لدراسة بنية العينات الصغيرة الهشة. على سبيل المثال: جزيئات حبوب اللقاح ، الدياتومات والحشرات. من ناحية أخرى ، يمكن أن تأخذ صورًا ثلاثية الأبعاد تتوافق مع سطح العينة. يحتوي الفحص المجهري الإلكتروني على مجموعة واسعة من التطبيقات في دراسة المواد الصلبة ، ويمكن مقارنته بالأدوات الأخرى. للتوصيف الكامل للمواد الصلبة ، المسح المجهري الإلكتروني.
