امروزه برای بررسی و مطالعه جزییات ریز و نانومتری مواد، از آنالیزSEM و FESEM استفاده زیادی می شود. در خانواده میکروسکوپ های الکترونی، ساختار عدسی ها و همچنین وظایف آنها کاملا با میکروسکوپ های نوری متفاوت است. در میکروسکوپ های نوری عدسی ها از جنس شیشه می باشند و وظیفه آنها بزرگنمایی تصویر می باشد. در میکروسکوپ های الکترونی، عدسی ها متشکل از سیم پیچ های الکترومغناطیسی هستند و وظیفه آنها تنظیم و تمرکز باریکه الکترونی روی نمونه است. چگونگی تنظیم و تمرکز باریکه الکترونی روی نمونه در نهایت منجر به میزان بزرگنمایی و قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی می گردد. معمولا دو نوع عدسی شیئی (objective) و متمرکزکننده (condenser) در میکروسکوپ های الکترونی استفاده می شود که هر کدام از آنها بخشی از عملیات تمرکز باریکه الکترونی روی نمونه را انجام می دهند.
شکل 1: شکل زیر تصویری از عدسی ها در میکروسکوپ الکترونی و نحوه عملکرد آن ها را نشان داده است.
معمولا بین عدسی ها، کویل های منحرف کننده (deflector coils) قرار دارند که وظیفه آنها حرکت دادن باریکه الکترونی متمرکز شده، روی نمونه است به عبارت دیگر باریکه الکترونی سطح نمونه را جاروب (اسکن) می کند. ابعاد ناحیه ای که اسکن می شود توسط بزرگنمایی تعیین می شود. هر چه بزرگنمایی کمتر باشد حجم ناحیه ای که اسکن می شود بیشتر می شود و هرچه بزرگنمایی بیشتر باشد، حجم ناحیه اسکن شده کوچکتر می شود.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، یک وابستگی یک به یک بین الگوی اسکن شده روی نمونه و الگوی اسکن شده روی مانیتور برای تشکیل تصویر وجود دارد به این معنی که اگر ناحیه اسکن شده روی نمونه را به نقاط مجزا تقسیم بندی کنیم، به ازای هر نقطه که الکترون برخورد می کند یک نقطه از تصویر در مانیتور شکل می گیرد. قدرت تفکیک میکروسکوپ، تعیین کننده تعداد نقاط اسکن شده در هر ردیف و به تبع آن تعداد ردیف های اسکن شده در ناحیه مورد تصویربرداری می باشد. از آنجاییکه تعداد نقاط اسکن شونده در مانیتور ثابت است، با کاهش مساحت ناحیه اسکن شونده در نمونه، بزرگنمایی بیشتر می شود.
شکل 2: وابستگی یک به یک بین الگوی اسکن شده روی نمونه و الگوی اسکن شده روی مانیتور برای تشکیل تصویر
در شکل بالا نقاط قرمز نشان دهنده ناحیه برهمکنش الکترون-نمونه است که منجر به ایجاد سیگنال هایی می شود که در ادامه توسط آشکارسازها جمع می شود و از آن برای برای تشکیل تصویر استفاده می شود.
برای مطالعه بیشتر در مورد انواع سیگنال هایی که در میکروسکوپ SEM برای تشکیل تصویر استفاده می شود، می توانید مقاله “تصویربرداری در آنالیز SEM با استفاده از الکترون های برگشتی و ثانویه” را مطالعه کنید.
قدرت بزرگنمایی و قدرت تفکیک مواردی هستند که توسط اپراتور میکروسکوپ الکترونی تعیین می شود لذا موارد زیر می بایست در حین تصویر برداری توسط وی تنظیم شوند :
- ولتاژ شتابدهی باریکه الکترون فرودی
- قطر باریکه الکترونی روی نمونه
- زاویه برخورد باریکه الکترونی با نمونه
- شدت جریان الکتریکی که در اثر برخورد الکترون ها با نمونه، شکل می گیرد
