میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

تعداد بازدید: 8544
چهارشنبه 03 دي 1393

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning Electron Microscope) برای ایجاد بزرگنمایی بیشتر و توان تفکیک بیشتر پا به عرصه حضور گذاشتند. چشم غیر مسلح انسان می تواند با نزدیک شدن یک جسم، نقاط ریز و اطلاعات بیشتری را دریافت و به مغز ارسال نماید. عمل تطابق و کانونی کردن تصویر در چشم سالم تا 25 سانتی متری آن امکان پذیر است. در فاصله های کمتر، چشم انسان توانایی کانونی کردن را ندارد و تصویر به سرعت مبهم می شود. این نقطه را نقطه بینایی نزدیک چشم می نامند. بدیهی است که برای مشاهده راحت و دقیق تر اجسام در فاصله های کم، به وسیله ای که بتواند جسم را بزرگ کند، نیاز بوده و در بررسی های پیشرفته از میکروسکوپ استفاده می شود. میکروسکوپ های نوری برای بسیاری از مشاهدات، وسیله ای مناسب هستند ولی نیاز به بزرگنمایی بیشتر و توان تفکیک بالاتر، بشر را به ساخت و پیشرفت میکروسکوپ هایی جدیدتر رهنمون کرده که از آن جمله می توان به میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) اشاره کرد.

میکروسکوپ الکترونی روبشی، سه برتری نسبت به میکروسکوپ های نوری دارد:

- اول آنکه SEM از دامنه بزرگنمایی بسیار بیشتر و تفکیک پذیری بهتری نسبت به میکروسکوپ های نوری برخوردار است. دامنه بزرگنمایی SEM های ابتدایی در حدود 10 تا 100 هزار برابر بود که با بهبود فناوری و ساخت چشمه های الکترونی جدید، امروزه گستره پنج تا پانصد هزار برابر نیز امکان پذیر گشته است. هم چنین استفاده از تفنگ گسیل الکترونی گسیل میدانی (FEG)، امکان بزرگنمایی تا 900000  برابر را نیز پدید آورده است. توان تفکیک SEM که وابسته به طول موج پرتو به کار رفته در آن است، از حدود 5 به 0.7 نانومتر کاهش پیدا کرده است.

  محفظه نمونه در SEM

- برتری دوم آن است که عمق میدان تصویرهای SEM به مراتب بیشتر از دستگاه های نوری است. این ویژگی کمک می کند که سطح ناهموار نمونه یا به عبارت دیگر، توپوگرافی آن بررسی شود. در شرایط یکسان بزرگنمایی و تفکیک پذیری، عمق میدان تصویر به دست آمده از SEM حدود 300 برابر عمق میدان یک تصویر به دست آمده از میکروسکوپ نوری می باشد.

- برتری دیگر SEM که شاید هم مهم ترین آن ها باشد این است که به کمک سخت افزارهای مناسب می توان اطلاعات بسیار مفیدی از ترکیب شیمیایی سطح نمونه در هنگام مشاهده آن بدست آورد.

اساس کار میکروسکوپ الکترونی روبشی

اساس کار میکروسکوپ های الکترونی روبشی، همانطور که از نامش پیداست، بر روبش سطح نمونه توسط یک پرتوی الکترونی استوار است. در این جا برای توضیح بهتر اساس کار SEM به سه اصل اشاره می شود:

1- اندرکنش یا تاثیر متقابل پرتوی الکترونی و مواد

2- امکان تولید و کنترل مشخصه های پرتوی الکترونی روبشگر در میدان های الکتریکی و الکترومغناطیسی

3-امکان آشکارسازی پرتوهای ساطع شده از سوی ماده در اثر اندرکنش آن با پرتوی الکترونی ورودی

اندرکنش پرتوی الکترونی و مواد

پرتوهای الکترونی معمولا حاوی الکترون هایی با کیلوالکترون ولت 50-10 انرژی هستند که هنگام برخورد با ماده، رفتار های متفاوتی را از خود نشان می دهند. عمده ترین واکنش متقابل الکترون های پر انرژی و الکترون های نمونه، ناشی از تفرق آن ها می باشد. انواع تفرق پرتوی الکترونی ورودی عبارتند از:

1- تفرق الاستیک: تغییر جهت حرکت پرتوی الکترونی ضمن از دست دادن مقدار کمی انرژی. تفرق الاستیک عمدتا در برخورد پرتوی الکترونی ورودی با هسته اتم رخ می دهد و باعث انحراف قابل توجهی در مسیر پرتوی الکترونی ورودی به ماده می شود.

2- تفرق غیر الاستیک: در این حالت از دست دادن انرژی و تغییر کم در جهت حرکت پرتوالکترونی رخ می دهد. تفرق غیر الاستیک در دو مکانیزم اتفاق می افتد: اولی تفرق غیر الاستیک در برخورد با الکترون های اتم ماده و دومی تفرق غیر الاستیک در برخورد با هسته اتم.

در اثر برخورد الاستیک الکترون های پرتوی الکترونی ورودی با الکترون های اتم ماده، جهت حرکت آن ها تغییر نموده و امکان برخوردهای بعدی فراهم می شود. اگر پرتوی الکترونی ورودی به صورت غیر الاستیک در برخورد با الکترون های لایه خارجی متفرق شود، انرژی پرتو ورودی انتقال پیدا کرده و الکترون اتم ماده تهییج شده و از لایه الکترونی خارج می شود. انرژی الکترون خارج شده از اتم که به آن الکترون ثانویه می گویند، معمولا حدود 50 الکترون ولت است. اگر عمق ایجاد الکترون ثانویه کمتر از 10 نانومتر باشد، با توجه به این که انرژی سطح جامدات حدود 2 تا 6 الکترون ولت است، امکان خروج آن ها به عنوان پرتوی الکترون های ثانویه از سطح نمونه وجود خواهد داشت. اما اگر، الکترون های ثانویه در عمقی بیش از 10 نانومتر از سطح نمونه ایجاد شده باشند، با توجه به برخوردهای بی نهایتی که ممکن است در راه رسیدن به سطح، با الکترون ها و هسته اتم ها داشته باشند، شانس کمی برای خروج از سطح خواهند داشت. اگر یک الکترون ثانویه در راه رساندن خود به سطح بر حسب اتفاق در جای خالی یک الکترون ثانویه دیگر بیفتد،  یک فوتون با طول موج در حدود نور قابل رویت یا نزدیک به مادون قرمز تولید خواهد شد.

یکی دیگر از نتایج و آثار تفرق غیر الاستیک پرتوی الکترونی و الکترون های ماده، تولید الگوی پرتو ایکس مشخصه است. میزان انرژی از دست رفته پرتوی الکترونی ورودی در برخورد غیر الاستیک با الکترون های اتم می تواند برابر با انرژی پیوند لایه های K، L و M باشد و منجر به خروج الکترون لایه های مذکور و تابش اشعه x مشخصه شود. هم چنین امکان خروج یک الکترون و فرآیند آرامش اتم، منجر به خروج نوعی الکترون شود که به آن ها الکترون های اوژه گفته می شود.

  اندرکنش پرتوی الکترونی و نمونه

با تفرق الاستیک شدید یک پرتوی الکترونی در برخورد با هسته اتم، امکان تغییر جهت بیش از 90 درجه در مسیر الکترونی وجود دارد. چنین تغییر جهتی می تواند امکان بازگشت پرتو به سمت سطح را فراهم سازد. به این الکترون ها، الکترون های برگشتی می گویند. لازم به توضیح است که تغییر زاویه در تفرق الاستیک پرتوی الکترونی در برخورد با هسته اتم های سنگین، بیشتر از اتم های سبک است. با توجه به تغییر زاویه کمتر پرتوی الکترونی در تفرق الاستیک با هسته سبک تر، احتمال (یا فراوانی) خروج الکترون های برگشتی از مواد دارای عدد اتمی کمتر، کاهش می یابد. به بیان دیگر در اتم های با عدد اتمی کمتر قبل از اینکه پرتوی الکترونی با زوایای بیش از 90 درجه متفرق شود و فرصت بازگشت بیابد، به اعماق ماده نفوذ نموده و بخش عمده ای از آن جذب می شود. اما در اتم های با عدد اتمی بیشتر، امکان تغییر زاویه بیش از 90 درجه، بیشتر است. در این شرایط، مقدار الکترون های برگشتی بسیار بیشتر از زمانی است که پرتو الکترونی با یک هسته سبک، به صورت الاستیک برخورد می کند.

مقدار الکترون های برگشتی خارج شده از یک ماده به شدت متاثر از عدد اتمی ماده ای است که پرتوی الکترونی به آن وارد شده است. حال اگر پرتوی الکترونی ورودی با هسته اتم ماده برخورد کند و به صورت غیر الاستیک متفرق شود، منجر به ساطع شدن اشعه X پیوسته می گردد. تفرق غیر الاستیک پرتوی الکترونی با هسته اتم ماده معمولا منجر به تغییر زاویه بسیار کمی (حدود 0.01 رادیان) نسبت به تفرق الاستیک می شود، البته تغییر زاویه در تفرق الاستیک پرتوی الکترونی در برخورد با هسته اتم های سبک، کمتر از اتم های سنگین است.

با توجه به از دست رفتن انرژی در تفرق غیر الاستیک پرتوی الکترونی ورودی در برخورد با الکترون های اتم، احتمال خروج الکترون های ثانویه، از عمق حداکثر 10 نانومتر وجود دارد. از سوی دیگر، در تفرق الاستیک پرتوی الکترونی ورودی با هسته اتم، مقدار از دست رفتن انرژی بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است. بنابراین می توان احتمال خروج الکترون های بازگشتی از عمق 2 میکرومتر را متصور شد. البته در هر دو مورد میزان ساطع شدن الکترون های ثانویه و برگشتی، متاثر از انرژی پرتوی الکترونی ورودی و نوع ماده است.

اجزای میکروسکوپ الکترونی روبشی

همه دستگاه های SEM یک تفنگ الکترونی در بالای ستون خود دارند که برای پدید آوردن باریکه الکترونی به کار می روند. یک ستون الکترونی نوری برای همگرا کردن باریکه الکترونی و پدید آوردن تغییرات لازم در شرایط کاری آن نیز وجود دارد. بر هم کنش باریکه الکترونی با نمونه در یک محفظه خلا انجام می شود. آشکارساز های تصویری و پرتو X که نشانه های پدید آمده دراثر بر هم کنش باریکه الکترونی و نمونه را دریافت و تقویت می نمایند نیز از دیگر تجهیزات SEM هستند.

مجموعه ای از دستگاه های مشاهداتی و الکترونیکی برای پردازش نشانه های الکتریکی دریافتی و ارایه آن ها به صورت تصویر، عکس و طیف نیز وجود دارند.

باید اشاره کرد که امروزه به دلیل توسعه فناوری، انواع جدیدی از دستگاه های SEM وارد بازار شده است که به ویژه طراحی تفنگ الکترونی، سبب بهبود بزرگنمایی و قدرت تفکیک آن ها شده است. نقش مدار های دیجیتالی و پردازش کامپیوتری تصویر ها به کمک ضبط دیجیتالی و سپس حذف نوفه (نویز)، بی شک انکار ناپذیر است. مهم ترین دستاورد در این زمینه ساخت SEM با خلاء کم (LV) و {{میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی}} است. در یک دستگاه SEM، کاونده الکترونی که از قطر ناچیزی برخوردار است و انرژی الکترون ها در آن می تواند از چند صد الکترون ولت تا ده ها هزار الکترون ولت تغییر کند، در سطح نمونه، کانونی شده و سطح را به صورت خطوط موازی می روبد. این عمل همانند روبش باریکه الکترونی در یک چراغ پرتوی کاتدی یا چراغ تلویزیونی است. پدیده های فیزیکی گوناگونی در اثر برخورد الکترون ها با سطح نمونه ایجاد می شود که از آن جمله می توان به پدید آمدن الکترون های ثانویه، الکترون های برگشتی و پرتوی X ناشی از بر هم کنش الکترون های کاونده و اتم های نمونه اشاره کرد. با جمع آوری هر دسته از این الکترون ها و یا پرتو X تابیده شده به کمک آشکارساز های مناسب، می توان نسبت به تشکیل تصویر از نقاط مختلف سطح روبش شده نمونه و یا تهیه طیف عنصر های موجود در آن اقدام کرد. نشانه پدید آمده در این آشکارساز ها تقویت شده و درخشندگی پرتوی الکترونی بر صفحه چراغ پرتوی کاتدی (CRT)، همزمان با روبش کاونده بر سطح نمونه تغییر می کند. بنابراین تناظر مکانی بین باریکه الکترونی روبنده سطح نمونه و تصویر فلورسانس چراغ پرتو کاتدی پدید خواهد آمد.

  اجزای میکروسکوپ الکترونی روبشی

میکروسکوپ الکترونی روبشی مجازی

میکروسکوپ الکترونی روبشی مجازی

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

فرهاد گلستانی فرد، روش های شناسایی و آنالیز مواد، انتشارت دانشگاه علم و صنعت، 1383.

 مریم کرباسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1388.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

میکروسکوپ الکترونی روبشی از دید wikipedia.org

A scanning electron microscope (SEM) is a type of electron microscope that produces images of a sample by scanning over it with a high energy focused beam of electrons. The electrons interact with electrons in the sample, producing secondary electrons, back-scattered electrons, and characteristic X-rays that can be detected and that contain information about the sample's surface topography and composition. The electron beam is generally scanned in a raster scan pattern, and the beam's position is combined with the detected signal to produce an image. The electron beam can focused to a spot approximately 1 nanometer in diameter, and microscopes are able to resolve details ranging from 1–20 nm in size. To avoid accumulating charge on the surface, samples must be electrically conductive; nonconducting samples are often coated with an ultrathin coating of metal. Conventional SEM requires samples to be imaged under vacuum, but methods have been developed that allow imaging biological samples...more

میکروسکوپ الکترونی روبشی از دید nano

در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) هم مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، یک پرتو الکترونی به نمونه می‌تابد. درنتیجه بعضی قسمت‌ها نظیر تفنگ الکترونی، عدسی‌های متمرکزکننده و سیستم خلأ، در هر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشکیل تصویر و نحوه بزرگنمایی کاملاً متفاوت است. علاوه بر این، TEM اصولاً برای مطالعه ساختار نمونه‌های حجیم درسطح یا نزدیکی سطح، استفاده می‌شود. درک این نوع تصویر بسیار آسان‌تر از تصویر الکترونی عبوری است.

میکروسکوپ الکترونی روبشی از دید rasekhoon.net

در ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مانند ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، يك پرتو الكتروني به نمونه مي‌تابد. منبع الكتروني (تفنگ الكتروني) معمولاً از نوع انتشار ترمويونيكي فيلامان يا رشته تنگستني است اما استفاده از منابع گسيل ميدان براي قدرت تفكيك بالاتر، افزايش يافته است. در ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مانند ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، يك پرتو الكتروني به نمونه مي‌تابد. منبع الكتروني (تفنگ الكتروني) معمولاً از نوع انتشار ترمويونيكي فيلامان يا رشته تنگستني است اما استفاده از منابع گسیل ميدان براي قدرت تفكيك بالاتر، افزايش يافته است معمولاً الكترون‌ها بينKeV1-30 شتاب داده مي‌شوند. سپس دو يا سه عدسي متمركزكننده پرتو الكتروني را كوچك مي‌كنند، تا حدي كه در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بين nm2-10 است...ادامه

میکروسکوپ الکترونی روبشی از دید purdue.edu

SEM stands for scanning electron microscope. The SEM is a microscope that uses electrons instead of light to form an image. Since their development in the early 1950's, scanning electron microscopes have developed new areas of study in the medical and physical science communities. The SEM has allowed researchers to examine a much bigger variety of specimens. The scanning electron microscope has many advantages over traditional microscopes. The SEM has a large depth of field, which allows more of a specimen to be in focus at one time. The SEM also has much higher resolution, so closely spaced specimens can be magnified at much higher levels. Because the SEM uses electromagnets rather than lenses, the researcher has much more control in the degree of magnification. All of these advantages, as well as the actual strikingly clear images, make the scanning electron microscope one of the most useful instruments in research today...more

میکروسکوپ الکترونی
SEM
Scanning electron microscope
میکروسکوپ SEM
برچسب ها: میکروسکوپمیکروسکوپ الکترونیروش های آنالیز و شناسایی مواد
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97
بیستمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97   ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی ساختمان شیراز 97
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند 97     ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کرمانشاه
شانزدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی کرمانشاه 97 &nb ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های سرمایشی و گرمایشی ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارومیه 97   ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر