क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक हे प्रामुख्याने नमुन्याच्या पृष्ठभाग किंवा पृष्ठभागाजवळील संरचना अभ्यासण्यासाठी वापरले जाते. यामुळे आपण विविध कार्बनी आणि अकार्बनी पदार्थांचे मायक्रोमीटर ते नॅनोमीटर स्तरापर्यंत निरीक्षण करू शकतो आणि त्याची वैशिष्टये अभ्यासू शकतो. याचे सगळ्यात महत्वाचे वैशिष्ट्य उच्च क्षेत्र खोलीमुळे (Field depth) पदार्थांची मिळणारी त्रिमितीय प्रतिमा हे आहे.या क्षमतेमुळे क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक खूप लोकप्रिय झालेली आहे. यामध्ये प्रकाश नाही तर इलेक्ट्रॉन हा ऊर्जेचा स्रोत असतो.
या सूक्ष्मदर्शकामध्ये : १) तापायनिक उत्सर्जन (Thermionic emission); २) लँथॅनम बोराइड व ३) क्षेत्र उत्सर्जन (Field emission) स्रोत असे तीन प्रकारचे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्रोत किंवा बंदूक प्रामुख्याने वापरले जातात. सहसा, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्रोत हा टंगस्टन तारेचा तापायनिक उत्सर्जक असतो.परंतु, अलीकडे क्षेत्र उत्सर्जन स्रोत हा जास्त वापरण्यात येत आहे. कारण, त्यामुळे उच्च विभेदन ( High resolution) मिळू शकते. त्वरित केलेल्या इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा ही १ किग्रॅ.इलेक्ट्रॉन व्होल्ट ते ३० किग्रॅ.इलेक्ट्रॉन व्होल्टच्या दरम्यान असते.
आ. १ मध्ये क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचे मुख्य घटक आणि वापराची रीत ही योजनाबद्ध आकृतीच्या स्वरूपात दाखविली आहे. आ.२ मध्ये प्रातिनिधिक आधुनिक क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक दाखविण्यात आला आहे. क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकामध्ये इलेक्ट्रॉन शलाका ( Electron beam ) ही १० नॅनोमीटर व्यासाइतक्या जागेत केंद्रित केली जाते आणि पृष्ठभागाचे आयताकृती बंधामध्ये क्रमविक्षण केले जाते.
दोन ते तीन संघनक भिंगे (Condenser lens) हे त्या इलेक्ट्रॉन शलाकेचे निर्विशालन (de magnify) करून नमुन्याच्या पृष्ठभागावर केंद्रित करतात तेव्हा त्याचा व्यास २ – १० नॅनोमीटर असतो. जुन्या उपकरणात क्रमवीक्षक भिंगे ही इलेक्ट्रॉनची केंद्रित शलाका नमुन्याच्या पृष्ठभागावर क्रमवीक्षण/सूक्ष्मविश्लेषण करतात, तर शोधक हा पृष्ठभागाच्या प्रत्येक बिंदूपासून मिळालेले कमी ऊर्जेचे दुय्यम इलेक्ट्रॉन किंवा इतर उत्सर्जित किरणे गोळा करतो. त्याच वेळेस कॅथोड किरण नळी (Cathode Ray Tube ) ची शलाका पडद्याच्या एका बाजूपासून दुसऱ्या बाजूला क्रमवीक्षण करते, तर तेजस्वी ठिपका हा शोधक विद्युत प्रवाहाने (Detector current) आपरिवर्ति होतो आणि दोघांचे ठिपके हे दूरचित्रवाणीवर दिसतात. आधुनिक उपकरणात शलाकेची जागा आणि त्याची प्रतिमा ही अंकित ( Digital ) रूपात संगणक पडद्यावर दाखविली जाते.
जेव्हा उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन शलाका नमुन्यावर आदळते, तेव्हा नमुन्याचा भाग ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन अंतर्वेशन (Penetration ) होते त्या भागाला अन्योन्यक्रिया घनफळ म्हणतात. त्यामध्ये अप्रत्यास्थ प्रकीर्णनाचा (Inelastic scattering ) परिणाम म्हणून विविध प्रारणे निर्माण होतात, जेव्हा प्राथमिक इलेक्ट्रॉन आपली ऊर्जा हरवून बसतात.त्यामध्ये निर्माण झालेली विविध प्रारणे याप्रमाणे आहेत (आ.३) :१) क्ष-किरणे;२) मागे प्रकीर्णन झालेले इलेक्ट्रॉन ( Back scattered );३) दुय्यम ( Secondary) इलेक्ट्रॉन;४) ऋणाग्र किंवा कॅथोड अनुदीप्ती (Cathode luminescence );५) प्रेषित (Transmitted ) इलेक्ट्रॉन.
प्रत्यास्थ प्रकीर्णनामुळे मागे प्रकीर्णन होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची निर्मिती होते, तर अप्रत्यास्थ प्रकीर्णनामुळे दुय्यम इलेक्ट्रॉन निर्मिती होते. क्रमवीक्षक आयताकृती भाग हा अतिशय विस्तीर्ण टप्यात बदलता येतो. त्यामुळे, क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकामधे विशालन ( Magnification ) हे २० X ते १००,०००X पेक्षा जास्त असू शकते. क्रमवीक्षक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक प्रतिमेमध्ये दोन प्रकारचे वैधर्म्य (Contrast ) असतात : स्थलरूपिक ( Topography ) आणि रासायनिक संघटन ( Composition). दुय्यम इलेक्ट्रॉन हे कमी ऊर्जेचे असल्याने स्थलरूपिक वैधर्म्य दाखवितात. मागे प्रकीर्णन झालेले इलेक्ट्रॉन हे रासायनिक संघटनाची माहिती देतात. तर, क्ष-किरणे प्रामुख्याने प्रतिमानिर्मितीपेक्षा रासायनिक विश्लेषणासाठी जास्त वापरण्यात येतात. हे रासायनिक विश्लेषणाची माहिती क्ष-किरण ऊर्जा विकरण वर्णपंक्तिमापीने मिळवितात.
संदर्भ :
- Goodhew, J. Humpreys and R. Beanland, Electron microscopy and analysis, 3rd Edition, Taylor & Francis, UK. 2001 (ISBN: 0-203-18425-4).
- Goldstein, D. Newbury, P. Echelin et. al., Scanning electron microscopy & X-ray Microanalysis, 3rd Edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, USA. 2003 (ISBN: 0-306-47292-9).
- SEM image (https://www.zeiss.com ).
समीक्षक – बाळ फोंडके