سیستم خلاء در میکروسکوپ الکترونی روبشی
نیاز به سیستم خلاء در میکروسکوپ های الکترونی (Vacuum System in SEM)، از یک تفاوت عمده نور و الکترون نشأت می گیرد. الکترون ها در محیط های گازی به شدت متفرق می شوند، در حالی که تفرق نور در محیط های مشابه، بسیار کمتر از الکترون است. شدت تفرق الکترون ها در محیط های گازی آنقدر زیاد است که لازم است تمام مسیر های الکترون، تا فشاری کمتر از 10-10 پاسکال خلا شوند. علاوه بر این موضوع با توجه به دمای بسیار بالای فیلامان های ترمویونی و حساسیت شدید فیلمان های گسیل میدانی به حضور اکسیژن و سایر مواد گازی، نیاز به کاهش شدید فشار گاز توسط سیستم های خلا و کنترل حضور مواد گازی، اجتناب ناپذیر است. پایین بودن خلا در میکروسکوپ الکترونی باعث تخلیه الکتریکی ناگهانی در طول مسیر اپتیکی و همچنین آلودگی نمونه و تجهیزات موجود می شود.
نیاز به برقراری خلاء در مسیر الکترون در میکروسکوپ های الکترونی، مانع بزرگی در پیشرفت و تجاری سازی این میکروسکوپ ها به شمار می رفت. از عمومی ترین وسایل ایجاد خلاء بالا در میکروسکوپ های الکترونی روبشی، پمپ های چرخشی مکانیکی هستند که خلاء اولیه را ایجاد می نمایند. به منظور ایجاد خلاء نهایی در سیستم، پمپ مکانیکی به همراه پمپ های توربومولکولار یا پمپ های نفوذی مورد استفاده قرار می گیرد.
پمپ چرخشی
پمپ های چرخشی (Rotary Pump) که به پمپ های پره ای نیز مشهور هستند، با اعمال فشار روغن بر یک پره خارج از مرکز، کار می کنند که با چرخش پره مذکور جابجایی ساده هوا انجام می گیرد. نتیجه کار پمپ، ایجاد خلاء ضعیفی در حدود 2-10 تور، است. بخش چرخشگر، شامل پره ای است که تحت اعمال فشار یک فنر بوده و با قسمت ثابت در تماس می باشد. به دلیل چرخش خارج از مرکز پره، یک مسیر هلالی شکل غیر متقارن برای گاز ایجاد می شود که بخشی از گاز مکش یافته و متراکم می شود و بخشی دیگر به سمت خارج از محفظه رانده می شود. به طور خلاصه کار تخلیه و ایجاد خلاء، در سه مرحله پیوسته شامل مکش، تراکم و دمش گاز انجام می گیرد. نحوه عملکرد پمپ چرخشی در شکل زیر نمایش داده شده است.
|
|
 |
پمپ نفوذی
|
پمپ نفوذی (Diffusion Pump) مستقیما در زیر ستون میکروسکوپ الکترونی روبشی، قرار می گیرد و مرحله نهایی ایجاد خلا را به پشتیبانی پمپ مکانیکی، انجام می دهد. در پایین پمپ، روغنی با ویسکوزیته نسبتا کم، حرارت داده می شود تا به صورت بخار درآید. بخار ایجاد شده در راستای لوله مرکزی، به سمت بالا حرکت می کند. جریان بخار روغن به یک چتر برخورد نموده و به پایین باز می گردد. مولکول های گازی، در جریان رو به پایین مذکور، گیر افتاده و به سمت پایین پمپ هدایت می شوند. مولکول های گازی جمع شده در قسمت پایین پمپ، توسط پمپ مکانیکی به سمت خارج هدایت می شوند. روغن بخار با برخورد با جداره سرد محفظه پمپ نفوذی، مجددا مایع شده و به سمت منطقه گرم حرکت می کند. تکرار پیوسته مراحل فوق، منجر به ایجاد خلا بالای کاری در میکروسکوپ الکترونی می شود. پمپ های نفوذی معمولا مجهز به چندین چتر هستند که هر یک به نوبه خود به عنوان یک مرحله به دام انداختن مولکول های گازی و افزایش خلا، عمل می کنند. حداکثر خلا تئوری ایجاد شده توسط پمپ های نفوذی 5-10 تور، است. استفاده از بخار روغن در ایجاد خلا در پمپ های نفوذی منجر به باقی ماندن مقادیر بخار روغن در محفظه می شود. بخار روغن مورد استفاده در پمپ نفوذی، معمولا روی کلیه سطوح محفظه خلا و نمونه رسوب می کند. با انجام عملیات روبش الکترونی روی سطح نمونه و ایجاد امکان افزایش دما، در نواحی بسیار کوچک قاب تصویری روی نمونه، روغن مذکور سوخته و منجر به ایجاد دوده در سطح نمونه می شود. لازم به ذکر است، وجود روغن در محفظه، منجر به خطا در تعیین کربن نمونه توسط آنالیزگرهای همراه SEM نیز می شود. |
|
پمپ توربومولکولی
پمپ های توربومولکولی (Turbomolecular Pump) به دلیل توانایی به حداقل رساندن آلودگی در SEM، از اهمیت ویژه ای برخوردارند. خصوصا هنگامی که دقت بالایی در آنالیز عناصر موجود در نمونه، مورد نیاز باشد. محفظه این نوع پمپ ها، مانند یک توربین بوده و مجهز به ردیف های متعددی از پره های چرخشی و صفحه های شیب دار ساکن، می باشد. در هر مرحله مولکول های هوا توسط پره ها که با سرعت بالایی می چرخند، مکش شده و به سمت صفحات دارای تیغه های شیبدار پرتاب می شوند. این کار تا انتهای ردیف ها ادامه یافته و در نهایت مولکول های رانده شده به انتهای هر ردیف، توسط پمپ های مکانیکی چرخشی، تخلیه می شوند. جهت صفحات ثابت و تیغه های شیب دار در عملکرد پمپ های توربو مولکولی، بسیار مهم است. تنها عامل محدود کننده پمپ های مورد بحث نسبت به پمپ های نفوذی، قیمت بالای آن ها می باشد.
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
یوسف خرازی، ابزار شناسایی ساختار مواد، انتشارات دانشگاه علم و صنعت، 1380.
مریم کرباسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1388.
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
