செம் கருவி - வகைகள் ( Different types of SEM )

செம் கருவிகளிலேயே சில வகைகள் உண்டு. சாதாரண செம், அதிக துல்லியம் கொண்ட செம் (high resolution SEM or HR-SEM), உயிரினங்களைப் பார்க்கும் செம் ( Environmental SEM) என்று வகைகள் உண்டு. இதற்கு முன் நாம் பார்த்தது சாதாரண செம் (Ordinary low resolution SEM). இதில் எலக்ட்ரான்கற்றையை புள்ளியாக்கி படம் எடுப்பார்கள் என்பதை பார்த்தோம்.

இந்த எலக்ட்ரான்களையே அதிக ஆற்றலுடன், இன்னும் சிறிய புள்ளியாக்க முடியும். அதற்கு Field Emission என்ற முறையில், அதிக மின்னழுத்தம் (high voltage) கொண்ட ஒரு கருவியில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை கொண்டு வர வேண்டும். இதற்கு FE-SEM (எஃப்- ஈ செம் அல்லது ஃபீல்டு எமிஷன் செம்) என்று சொல்வார்கள். இதற்கு இன்னொரு பெயர் ஹை ரெசல்யூசன் செம் அல்லது எச்-ஆர் செம். இதன்மூலம் ஒரு நே மீ அளவுள்ள பொருளைக் கூட பார்க்க முடியும்.

சாதாரண செம்மிலும், எச்-ஆர் செம்மிலும் ஒரு குறைபாடு உண்டு. அது என்ன என்றால், மின்சாரத்தை கடத்தும் திடப் பொருளை மட்டுமே இதில் பார்க்க முடியும். தவிர, அந்தப் பொருள், மிகக் குறைந்த காற்றழுத்தத்தில் (high vacuum) அப்படியே இருக்க வேண்டும். ஏன்?

மின்சாரத்தைக் கடத்தாத ஒரு பிளாஸ்டிக் பொருளை அல்லது கண்ணாடியை வைத்து படம் எடுக்க முயற்சி செய்தால் என்ன நடக்கும்? முதலில் எலக்ட்ரான் வந்து இந்தப் பொருள் மீது மோதும். அதனால், செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் வரும். அதே சமயம், மோதிய எலக்ட்ரான்கள் இந்தப் பொருளில் சேர்ந்து , பிளாஸ்டிக்கிற்கு நெகடிவ் சார்ஜ் வந்து விடும். இந்த சமயத்தில் , மேலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான் கற்றை (புள்ளி), பிளாஸ்டிக் மேல் படாது. எலக்ட்ரான்களும் நெகடிவ் சார்ஜ், பிளாஸ்டிக்கும் நெகடிவ் சார்ஜ் என்றால் எதிர்ப்பு விசை வந்து விடும்.

அதனால் முதலில் சில புள்ளிகள் படம் எடுத்த உடனேயே, எலக்ட்ரான்கள் பிளாஸ்டிக் மீது மோதுவது நின்று விடும். பிறகு படம் வராது.

இது தவிர, இந்தக் கருவியின் உள்ளே காற்றே இருக்காது, வெற்றிடமாக இருக்கும் என்பதை பார்த்தோம். அப்போதுதான் எலக்ட்ரான்கள் ஒழுங்காக வர முடியும். இல்லாவிட்டால் காற்றில் இருக்கும் அணுக்களுடன் மோதி, அயனிகளாக்கி, ஷார்ட் சர்க்யூட் ஆகிவிடும். இதைத் தவிர்க்க உள்ளே வெற்றிடம் வேண்டும்.

அதனால் உள்ளே வைக்கும் பொருள் வெற்றிடத்தை தாக்குபிடிக்க வேண்டும். ஒரு பாக்டீரியாவை எடுத்து இதனுள் வைத்தால் என்ன நடக்கும்? (”ஒரு” பாக்டீரியாவை எடுத்து வைக்க முடியாது, ஆயிரக்கணக்கான பாக்டீரியாக்களைத்தான் வைக்க முடியும், சும்மா ஒரு பேச்சுக்கு சொல்வதுதான்).
பாக்டீரியா மின்கடத்தாப் பொருள். அதுவே பிரச்சனை. தவிர, இதை உள்ளே வைத்து காற்றை வெளியே இழுக்கத் தொடங்கினால், பாக்டீரியாவில் இருந்து தண்ணீர் வெளியேறும். அதனால் , பாக்டீரியா உருக்குலைந்துவிடும். நமது குறிக்கோளே பாக்டீரியா எப்படி எந்த வடிவத்தில் எந்த அளவில் இருக்கிறது என்பதைப் பார்ப்பதுதான். அது உருவிழந்துவிட்டால் என்ன செய்வது? இதுவும் ஒரு பிரச்சனை.

மின்கடத்தாப் பொருளை செம் கருவியில் பார்க்க ஒரு வழி கண்டுபிடித்தார்கள். அந்தப் பொருளின் மீது மெல்லிய தங்கப் படலத்தை படிய வைத்தால், அது மின்சாரத்தைக் கடத்தும். அப்படி படிய வைக்கும்பொழுது ஏறக்குறைய உருவமும் அளவும் மாறாமல் பார்த்துக் கொள்ளலாம். சுமார் 100 நேமீ அல்லது பெரிய அளவில் இது நிச்சயம் நல்லபடி செய்யலாம். தங்கம் விலை உயர்ந்த பொருள்தான். ஆனால் இப்படி ‘கோட்டிங்' செய்ய மிகக் குறைந்த அளவுதான் தேவைப்படும். தங்கம்தான் மிக மெல்லிய தடிமனில் இப்படி படிய வைக்க முடியும். தங்கத்தைத்தான் (மற்ற உலோகங்களைக் காட்டிலும்) மெல்லிய கம்பியாகவும் தகடாகவும் அடிக்க முடியும். இந்த வழியில் பல பொருள்களை செம் கருவியில் பார்க்கலாம்.

பின்னால் தங்கத்திற்கு பதில் கிராபைட் (கரி) படிய வைத்து பார்க்கும் முறை வந்தது. இதில் செலவு குறைவு, ஆனாலும் தங்கத்தின் அளவு நல்லபடி எல்லா சமயத்திலும் வராது.

பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களைப் பார்க்க செம் கருவியில் புது மாற்றங்கள் வந்தன. இந்தப் பொருள் (சாம்பிள்) இருக்கும் இடம் மட்டும் கொஞ்சம் காற்று இருக்கும்படியும், மற்ற படி எலக்ட்ரான் வரும் பாதையில் முடிந்தவரை காற்று இல்லாத படியும் வைத்துக்கொள்ள வழிமுறைகள் கண்டுபிடிக்கப் பட்டன. இதன்படி, சரியான இடங்களில் பல பம்புகளை (pump) வைத்தால் , எலக்ட்ரான்கள் கடைசி வரை வெற்றிடத்தில் வந்து, கடைசியில் கொஞ்சம் காற்றின் மீதும், மீதி சாம்பிள் மீதும் படும்.

இப்போதும் கூட பேக்டீரியாவில் எலக்ட்ரான்கள் பட்டு , நெகடிவ் சார்ஜ் கூடி விடுமே? இதற்கு என்ன செய்வது? இந்தக் கருவியில் இப்படி பிரச்சனை வரவே வராது. ஏனென்றால் பாக்டீரியா அருகில் காற்று இருப்பதால், காற்றில் இருக்கும் அணுக்களில் சில எலக்ட்ரான்களுடன் மோதி அயனிகளாகும். இந்த அயனிகள் பாக்டீரியாவில் இருக்கும் நெகடிவ் சார்ஜை சரிக்கட்டிவிடும். இதனால், தங்கமோ , கிராபைட்டோ இல்லாமலேயே மின்கடத்தாப் பொருளையும் பார்க்க முடிகிறது.

ஒரே ஒரு குறைபாடு என்ன என்றால் மிகத்துல்லியமாக (ஒரு நே.மீ. ரெசல்யூசனில்) பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களைப் பார்க்க முடியாது. அதற்கு கண்டிப்பாக வெற்றிடம் வேண்டும். ஆனால், பெரும்பாலான சமயங்களில் நமக்கு மைக்ரான் அளவில் இருக்கும் விவரமே போதுமானது. அதனால் இதை ஒரு பெரிய குறையாக சொல்ல முடியாது.

இதிலிருந்து, பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களை அவற்றின் இயற்கை சூழ்நிலையிலேயே (In their Natural Environment) பார்க்க முடியும். இப்போது, அவற்றின் உருக் குலையாது. இதனால் இந்த கருவிக்கு என்விரோன்மெண்டல் செம் / Environmental SEM அல்லது ஈ-செம் என்று பெயர். இந்தப் பெயருக்கு ஒரு கம்பெனி (பிலிப்ஸ் என்று நினைக்கிறேன்) காப்புரிமை வாங்கிவிட்டது. அதனால் மற்ற கம்பெனிகள் இதே கருவியை ‘குறைந்த வேகுவம் செம்' (Low vaccum sem) என்றும் இயற்கை செம் (Natural SEM) என்றும் , உயிரின செம் (BIO SEM) என்றும், மாற்றக்கூடிய காற்றழுத்தம் கொண்ட செம் (Variable pressure SEM) , ஈர செம் (Wet SEM) என்றும் வேறு வேறு பெயர்களில் விற்கிறார்கள். இவற்றை விற்கும் கம்பெனிகளில் ஜப்பானை சேர்ந்த ஜியோல், ஹிடாச்சி ஆகியவையும், நெதர்லாண்டை சேர்ந்த பிலிப்ஸ் என்ற கம்பெனியும் (ரேடியோ விற்கும் அதே பிலிப்ஸ்தான்) பிரபலமானவை.