SEM - செம். வடிவமைப்பு, வேலை செய்யும் விதம்

SEM என்ற Scanning Electron Microscope கருவி எப்படி இருக்கும், வேலை செய்யும் என்பதைப் பார்க்கலாம். இதற்கு முந்திய பதிவில், அலை நீளம் குறைவாக இருக்கும் அலைகளை வைத்து , மைக்ரோஸ்கோப் செய்தால், நிறைய ஜூம் செய்ய முடியும் என்பதைப் பார்த்தோம். ஆனால், புற ஊதாக்கதிர், எக்ஸ் ரே, காமாக் கதிர் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்துவதில் பிரச்சனை வரும் என்பதையும் பார்த்தோம்.

குவாண்டம் இயற்பியல் படி, எந்தப் பொருளுக்கும் அலைப் பண்பும் உண்டு, அதே சமயம் துகள் பண்பும் உண்டு. சாதாரணமாக பெரும்பாலான பொருள்களுக்கு இருக்கும் அலைப் பண்புகளைக் கணக்கிட்டால், அலை நீளம் மீட்டரிலும் கிலோ மீட்டரிலும் வரும். அப்போது, அலைப் பண்புகளை நாம் உணர முடியாது. ஆனால், பொருள்கள் மிக வேகமாக செல்லும்பொழுது அவற்றின் அலை நீளம் குறையும். அப்போது அதன் அலைப் பண்புகளை உணர்வது சுலபம்.

ஒரு பொருளை மிக வேகமாக செலுத்த வேண்டும் என்றால் அதிக ஆற்றலும் செலவாகுமே? நிறை அதிகம் கொண்ட பொருளை செலுத்தி, அதை அலை போல உணர்வது கடினம். ஆனால், இப்போது எலக்ட்ரானை எடுத்துக்கொண்டால், அதன் நிறை மிகக் குறைவு. எலக்ட்ரானை சுலபமாக முடுக்கலாம் (ஆக்சிலரேட் செய்யலாம்). அதனால், எலகட்ரானை வேகமாக செலுத்தினால், அது மிகக் குறைந்த அலை நீளம் (very short wavelength) கொண்ட அலையாக இருக்கும்.

எலக்ட்ரானை வளைப்பது, குவிய வைப்பது போன்ற காரியங்கள் செய்வது எளிது. பாசிடிவ் தகடு வைத்தால் அருகில் வரும், நெகடிவ் தகடு வைத்தால் தள்ளிப் போகும். எலக்ட்ரான் என்றாலே நம் மனதிற்கு ஒரு துகள் என்பதுதான் நினைவுக்கு வரும். அதற்கு அலைப் பண்புகள் இருக்கின்றது, அதை அலையாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்று நமக்கு புரிய வைப்பது குவாண்டம் இயற்பியல்.

எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்தி, ஒரு பொருளின் மேல் செலுத்தினால், அதிலிருந்து எலக்ட்ட்ரான்கள் ஒளி அலைகள் போல எதிரொளித்து வரும். இதை back scattered electron அல்லது ‘பிரதிபலிக்கப் பட்ட எலக்ட்ரான்' என்று சொல்லலாம். சாதாரண ஒளியில் பெரும்பாலும் இது மட்டும்தான் நடக்கும். ஆனால், எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபில் இந்த பிரதிபலிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரானால் அவ்வளவு பயன் இல்லை. எலக்ட்ரான் பொருளில் மோதும்போது, அந்தப் பொருளிலிருந்து சில எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும். இது secondary electron (செகண்டரி எலக்ட்ரான்) என்று சொல்லப்படும். தமிழில் ‘இரண்டாம் தலைமுறை எலக்ட்ரான்' என்று இப்பொதைக்கு சொல்லுவோம். இந்த ‘செகண்டரி எலக்ட்ரான்' மூலம்தான் அந்தப் பொருளைப் பற்றி, அதன் அளவு வடிவம் ஆகியவற்றைப் பற்றி நன்றாக அறிய முடியும். சில சமயங்களில் ‘செம்' SEM என்பதற்கு secondary electron microscope என்று கூட சொல்வார்கள்.

ஒரு செம் கருவியின் வடிவமைப்பு இங்கு வரைபடத்தில் இருக்கிறது.

முதலில் எலக்ட்ரான்களை வெளியிடும் பகுதி. இதில் டங்க்ஸ்டன் இழைகளில் இருந்து எலக்ட்ரான் வரும். இந்த எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்த மின் தகடுகள் பயன்படுத்தப் படும். எலக்ட்ரான்களை குவித்து மிகச் சிறிய அளவில் (சுமார் 1 நேமீ அளவு ) கொண்டு வரவும் வசதிகள் இருக்கும். இப்படி எலக்ட்ரான் கற்றையை , நமது பொருள் மீது படும் பொழுது மிகச் சிறிய புள்ளியாக கொண்டு வந்து விடுவார்கள்.

இப்படி செய்யும் போது, உள்ளே காற்று கொஞ்சம்கூட இருக்கக் கூடாது. காற்று இருந்தால், எலக்ட்ரான்கள் காற்றில் இருக்கும் அணுக்களுடன் மோதும். அணுக்கள் அயனிகளாக மாறி, மின்னல் போல ஷார்ட் சர்க்யூட் வர வாய்ப்பு உள்ளது. அதனால், இந்த கருவிக்கு உள்ளே வெற்றிடமாக இருக்கும்படி பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.


அடுத்து, இந்த எலக்ட்ரான் கற்றை புள்ளிபோல பட்டதும், பொருளில் இருந்து செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும் என்பதைப் பார்த்தோம். இவை டங்க்ஸ்டனில் இருந்து வந்தவை அல்ல, நாம் வைத்துள்ள பொருளில் இருந்து வரும். இவற்றின் ஆற்றல் குறைவாகவே இருக்கும். அதனால் மெதுவாகவே வெளிவரும். புள்ளி படும் இடத்தின் சுத்துவட்டாரத்தில் மேடாக இருந்தால், இந்த செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் மேடுகளில் மோதி அங்கேயே இருந்து விடும்.


சுத்துவட்டாரம் பள்ளமாக இருந்தால், இவை நேராக வெளியே வரும். இப்படி வரும் எலக்ட்ரானகளை கண்டு பிடிக்க ‘டிடெக்டர்' (detector) இருக்கும். அதனால், ஒரு புள்ளியில் எலக்ட்ரான் கற்றையை செலுத்தினால், டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ இந்த ‘இரண்டாம் தலைமுறை' எலக்ட்ரான் வரும்.


எலக்ட்ரான் கற்றையை கொஞ்சம் நகர்த்தினால், அப்போது அது விழும் இடத்தைப் பொறுத்து டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ சிக்னல் வரும். எலக்ட்ரான் கற்றையை எப்படி நகர்த்துவது? இதற்கென்றே X, Y என்று இரண்டு திசையிலும் நகர்த்த மின்காந்தத் தகடுகள் இருக்கும். அவற்றில் மின்னழுத்தத்தை மாற்றினால், எலக்ட்ரான் கற்றை நகரும்.

ஒரு எடுத்துக்காட்டாக பார்த்தால், நாம் ஒருவரை போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ஒரே நொடியில் ஒளி எல்லா இடங்களில் இருந்தும் பிலிமில் விழும். ஆனால், அதற்கு பதிலாக இருட்டாக் இருக்கும் போது, ஃபிளாஷ் இல்லை என்று வைத்துக் கொள்ளவும். ஒளியை மட்டும் லேசர் போல சிறிய புள்ளியில் தரும் கருவி மட்டும் இருக்கிறது என்று கற்பனை செய்வோம். இப்போது காமிராவையும், ஆளையும் நகராமல் வைத்து, புள்ளியை ஆள்மேல் ஓரிடத்தில் செலுத்துவதாக கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். முழு ஆளையும் போட்டோவில் எடுக்க வேண்டும் என்றால், ஒளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, அது பிரதிபலிப்பது எல்லாம் பிலிமில் ஒவ்வொரு இடமாக விழுவதை உறுதி செய்து கொண்டு, ஆள் முழுவதையும் போட்டோ எடுக்க வேண்டும். இதை ஆங்கிலத்தில் Scanning or Rastering என்று சொல்வார்கள்.

அதைப் போலவே, எலக்ட்ரான் கற்றையையும் ஒரு புள்ளியாக்கி, அப்புறம் அந்தப் புள்ளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, வெளிவரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை பதிவு செய்து கொள்ள வேண்டும். புள்ளி எவ்வளவு தூரம் நகரும் என்பது, நாம் மின் தகடுகளில் எவ்வளவு மின்னழுத்தம் அல்லது வோல்டேஜ் கொடுக்கிறோம், எவ்வளவு ஆற்றலுடன் எலக்ட்ரான் வருகிறது என்பதைப் பொறுத்தது. கம்ப்யூட்டரின் உதவியுடன் இதை எல்லாம் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும். இந்த வகையில் ஒரு நே.மீ. அளவு இருக்கும் இடைவெளியைக் கூட நன்றாகப் பார்க்க முடியும். இப்படி வரும் படம் கறுப்பு வெள்ளையாகத்தான் வரும். அதில் இருக்கும் வெளிச்சம்/இருட்டு பிரைட்னஸ்/டார்க்னஸ் , வைத்தே பொருளை மிக நன்றாக பார்க்க முடியும்.