กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดทำงานอย่างไร
วิธีการทำงาน
แม้ว่าการกำหนดค่าของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดในทันเนลจะแตกต่างกัน แต่ทั้งหมดประกอบด้วยส่วนหลักสามส่วนต่อไปนี้: ระบบกลไก (ตัวกระจก) ที่ขับเคลื่อนโพรบให้เคลื่อนที่สามมิติโดยสัมพันธ์กับพื้นผิวของตัวอย่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และใช้เพื่อควบคุม และตรวจสอบโพรบ ระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับระยะห่างจากตัวอย่างและระบบแสดงผลสำหรับการแปลงข้อมูลที่วัดได้เป็นรูปภาพ มีสองโหมดการทำงาน: โหมดกระแสคงที่และโหมดสูงคงที่
โหมดกระแสคงที่
กระแสไฟในอุโมงค์ถูกควบคุมและรักษาให้คงที่โดยวงจรป้อนกลับแบบอิเล็กทรอนิกส์ จากนั้นระบบคอมพิวเตอร์จะควบคุมปลายเข็มเพื่อสแกนบนพื้นผิวตัวอย่าง นั่นคือทำให้ปลายเข็มเคลื่อนที่แบบสองมิติไปตามทิศทาง x และ y เนื่องจากกระแสของอุโมงค์จำเป็นต้องควบคุมให้คงที่ ความสูงระหว่างปลายเข็มและพื้นผิวตัวอย่างจะยังคงที่ ดังนั้นปลายเข็มจะทำการเคลื่อนที่เป็นลูกคลื่นแบบเดียวกับการขึ้นและลงของพื้นผิวตัวอย่าง และ ข้อมูลความสูงจะสะท้อนให้เห็นตามนั้น ออกมา กล่าวคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดอุโมงค์จะได้รับข้อมูลสามมิติของพื้นผิวตัวอย่าง วิธีการทำงานนี้ได้รับข้อมูลภาพที่ครอบคลุม ภาพไมโครสโคปคุณภาพสูง และใช้กันอย่างแพร่หลาย
โหมดความสูงคงที่
รักษาความสูงสัมบูรณ์ของปลายเข็มให้คงที่ในระหว่างขั้นตอนการสแกนตัวอย่าง จากนั้นระยะห่างระหว่างปลายเข็มกับพื้นผิวตัวอย่างจะเปลี่ยนไป และขนาดของกระแสอุโมงค์ I ก็จะเปลี่ยนตามไปด้วย การเปลี่ยนแปลงของกระแสอุโมงค์ I จะถูกบันทึกโดยคอมพิวเตอร์และแปลงเป็นภาพ สัญญาณจะปรากฏขึ้น และได้รับไมโครกราฟของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดในอุโมงค์ วิธีการทำงานนี้เหมาะสำหรับตัวอย่างที่มีพื้นผิวเรียบและมีส่วนประกอบชิ้นเดียวเท่านั้น
หลักการ
กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์แบบส่องกราดเป็นอุปกรณ์จุลทรรศน์ชนิดใหม่ที่ใช้แยกแยะลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของของแข็งโดยการตรวจจับกระแสไฟฟ้าในอุโมงค์ของอิเล็กตรอนในอะตอมบนพื้นผิวของแข็งตามหลักการของเอฟเฟกต์อุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัม
เนื่องจากผลกระทบของอิเล็กตรอนในทันเนล อิเล็กตรอนในโลหะจึงไม่ถูกจำกัดอยู่ภายในขอบเขตพื้นผิวอย่างสมบูรณ์ นั่นคือ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะไม่ลดลงเป็นศูนย์ในทันทีที่ขอบเขตพื้นผิว แต่จะสลายตัวแบบทวีคูณนอกพื้นผิว ความยาวของการสลายตัวคือประมาณ 1 นาโนเมตร ซึ่งเป็นการวัดสิ่งกีดขวางพื้นผิวสำหรับอิเล็กตรอนที่จะหลบหนี ถ้าโลหะสองชนิดอยู่ใกล้กันมาก เมฆอิเล็กตรอนของพวกมันอาจซ้อนทับกัน หากมีการใช้แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยระหว่างโลหะทั้งสอง จะสามารถสังเกตกระแสไฟฟ้า (เรียกว่ากระแสอุโมงค์) ระหว่างโลหะทั้งสองได้
