İnsanlık yıllar boyunca farklı teknolojiler geliştirerek kendinden küçük madde ve organizmaları gözlemlemenin yollarını aramıştır. Minik mercekler ile başlayan bu serüven teknolojinin gelişmesi ile günümüzde Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) tipi cihazlara kadar evrilmiştir.
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) teknolojinin gelişme hızına ayak uydurabilen, oldukça popüler, kolay erişilebilir ve bir o kadar da yaşlı olan bir görüntüleme ve karakterizasyon cihazıdır. Optik mikroskoplarla karşılaştırıldığında 3 boyutlu görüntü elde edilebilmesi, topografik, morfolojik ve kimyasal kompozisyon analizleri yapılabilmesi ile öne çıkmaktadır. Başlıca malzeme bilimi olmak üzere, biyoloji, gıda endüstrisi ve tıp alanlarında gerçekleştirilen araştırmalarda kullanım yerine sahiptir. SEM fikri ilk olarak 1935 yılında Knoll tarafından ortaya atılmış ve Von Ardenne 1937 yılında ilk SEM cihazını icat etmiştir. Geçtiğimiz 86 yıl boyunca SEM cihazları geliştirilmiş, farklı modüller eklenmiş ve büyütme oranları nanometre seviyelerine kadar çıkarılmıştır. Peki bahsi geçen bu cihaz tam olarak nasıl çalışmaktadır?
“Mikroskop insana önemini gösterdi, teleskop da önemsizliğini.” Manly P. Hall
SEM cihazında temel olarak görüntü, elektronların numune üzerinden yansıtılması ile oluşmaktadır. Bunun için öncelikle elektron tabancasında bulunan ve genellikle Tungsten metalinden yapılmış bir filaman (Akım geçtiğinde akkor durumuna gelen ince, iletken tel.) üzerinden akım geçirilerek 2000-2700 K dereceye ısıtılır. Bu yüksek ısı etkisiyle filamandan rastgele ve düzensizce elektronlar saçılmaya başlar, yoğunlaştırıcı lensler sayesinde saçılan elektronların ne kadarının numuneye doğru geçeceği belirlenir. Artık belirli miktarda gelen düzensiz elektron demeti, saptırıcı bobinlerin yardımıyla belirli bir düzene sokulur ve objektif lensler sayesinde numune üzerinde incelenmesi istenilen bölgeye odaklanması sağlanarak yüzeyde elektron bombardımanı gerçekleştirilir. Numuneden görüntü alınabilmesi için iletken olması gerekmektedir. İletken olmayan numuneler ise Altın-Paladyum ile kaplanarak iletkenliği sağlanır.
Numune ile çarpışan elektronlar geri yansıyarak dedektörlerle toplanır ve görüntü işleyici özel yazılımlar ile görüntü haline getirilir. Elektronlar çarpışma sonrasında 2 farklı yansıma tipi gösterirler. Bunlar;
İkincil Elektronlar (SE)
Filamandan kopan elektronlar numune yüzeyine çarptığı anda yüzeyin 10 nanometre derinine girerler ve burada numune yüzeyindeki atomlara ait elektronlara çarparak onları numuneden dışarı iterler. İtilmiş bu elektronlara ikincil elektron adı verilir ve dedektörler tarafından toplanan bu elektronlar numunenin yüzey topografisi hakkında bilgi verir.
Geri Saçılan Elektronlar (BSE)
Elektron bombardımanı ile gelen elektronlar numune yüzeyinden oldukça derine girerler. Burada elektronlar atomlar ile etkileşime girerek farklı yönlere savrulurlar ve bir süre sonra numuneden geri çıkarlar. Süreç esnasında bir miktar elektron, enerjisini kaybederek yansıyamadan numune içerisinde soğurulur. Bu şekilde dedektörler tarafından toplanan bu elektronlar numunenin morfolojisi ve kimyasal kompozisyonu hakkında bilgi verir.
SEM cihazları günümüzde hala yeni teknolojik gelişmeleri devam etmekte olup, birçok yüksek çözünürlüklü ve yüksek büyütme oranlarına sahip elektron mikroskoplarının icat edilmesinde rol almıştır. Bu sayede atomları tane tane sayabilmekte ve gözlerimizle göremediğimiz bir sürü gizemi açığa çıkarabilmekteyiz.
Kaynakça
Saraç, Abdülhamit. “İleri Mikroskobi Ders Notları”. Yıldız Teknik Üniversitesi.
Link 1, Link 2
