در میکروسوپ نوری تشکیل تصویر با استفاده از نورهای منعکس شده از سطح نمونه صورت میگیرد در حالی که در میکروسکوپ الکترونی و آنالیز SEM این مهم با بکارگیری الکترون ها میسر میشود.
در میکروسکوپ های الکترونی و آنالیز SEM و آنالیز FESEM اختلاف طول موج منبع تولید الکترون باعث ایجاد مقادیر مختلفی وضوح میگردد. طول مج الکترون از فوتون های نور (در میکروسکوپ نوری) کوتاهتر بوده و طول موج کوتاه تر باعث ایجاد وضوح، قدرت تفکیک و حصول اطلاعات مناسب تر میشود. از طرف دیگر با کاهش طول موج، بزرگنمایی های بیشتر بدون از دست رفتن وضوح و جزئیات تصاویر به دست می آید.
استفاده از میکروسکوپ الکترونی SEM و FESEM نسبت به میکروسکوپ های نوری چندین مزیت دارد:
1- بزرگنمایی بسیار بالاتر و تفکیک و قدرت تفکیک بیشتر که امکان بررسی و آنالیز مواد در ابعاد نانو را فراهم میکند
2- عمق میدان به مراتب بیشتر که امکان بررسی توپوگرافی سطح را فراهم میساز
3- امکان بررسی عناصر موجود در نمونه با استفاده از آشکارسازهای موجود برای میکروسکوپ SEM و FESEM
و ...
اما آنالیز SEM و FESEM میکروسکوپ الکترونی چگونه کار میکنند؟
هنگامی که پرتوی الکترونی ساتع شده از منبع (گان) به سطح نمونه برخورد میکند، پرتوی الکترونی به داخل نمونه نفوذ کرده و در مسیر خود چندین برهمکنش رخ میدهد که این ناحیه به حجم برهم کنش معروف است. این برهم کنش ها به انرژی پرتوالکترونی و جنس نمونه وابسته است.
الکترون های ثانویه (SE)
الکترون های ثانویه، الکترون های اتم های نمونه میباشند که در اثر برهمکنش با الکترونهای پرتوی تابیده به نمونه به خارج از اتم پرتاب شده اند. انرژی این الکترونها کمتر از 50ev است. به همین دلیل این الکترونها تنها از لایه های سطحی نمونه خارج میشوند و برای بررسی سطح نمونه (توپوگرافی سطحی) مورد استفاده قرار میگیرند
الکترون های برگشتی (BSE)
الکترون های برگشتی آن دسته از الکترون های پرتوی الکترونی تابیده شه به نمونه هستند که بدون تحول خاصی از نمونه خارج شده و پراکنده میشوند. انرژی این الکترون ها بشتر بوده (از 50ev) و تا حدود انرژی پرتوی الکترونی تابیده شده هم میرسد به همین دلیل میتواند از عمق بیشتری از نمونه خارج شود. عناصر سنگین تر (عدد اتمی بالاتر) موجود در نمونه باعث میشود چون هسته سنگین ترین دارند میتوانند الکترون های بیشتری از باریکه الکترونی را منحرف کرده و از نمونه خارج کنند. در نتیجه مقدار الکترون های برگشتی از نواحی این عناصر بیشتر بوده و در تصاویر این مناطق روشن تر دیده میشوند. پس از الکترون های برگشتی میتوان برای تهیه تصاویر با کنتراست فازی استفاده کرد.
پرتوی X مشخصه (X-ray)
یکی دیگر از نتایج برخورد الکترونهای پرانرژی باریکه الکترونی با اتم های موجود در نمونه، تولید پرتوی ایکس مشخصه است. همانند آنالیز XRD در اینجا نیز الکترون باریکه الکترونی میتوانند یک الکترون را از لایه داخلی اتم خارج کنند. در این حالت اتم برانگیخته شده و با انتقال یک الکترون از مدار خارجی به جای الکترون خارج شده به حالت پایدار اولیه باز میگردد. این انتقال الکترون از مدار خارجی موجب آزاد شدن انرژی میشود که همان پرتوی ایکس است. از آنجایی که اختلاف انرژی بین لایه های مختلف عناصر گوناگون شناخته شده است، انرژی پرتوی ایکس پدید آمده از مشخصه های اتم خواهد بود و میتوان با استفاده از آنها اتم را شناسایی کرد (اصول آنالیز XRD).
آنالیز SEM
آنالیز XRD
آنالیز FESEM
میکروسکوپ الکترونی