Προσομοιωτής του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης Jeol JSM 5900LV

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Προσομοιωτής του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης Jeol JSM 5900LV Διπλωματική Εργασία της Όλγας Τσιμαράκη Επιβλέπων: Γεώργιος Λιτσαρδάκης Καθηγητής Α.Π.Θ.

2 1

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα αρχικά να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή αυτής της διπλωματικής εργασίας, κ. Γεώργιο Λιτσαρδάκη, για την άψογη συνεργασία που είχαμε, την εμπιστοσύνη του και την καθοδήγησή του. Ακόμα, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου και τους δικούς μου ανθρώπους για την υπομονή και τη στήριξή τους όλα αυτά τα χρόνια. 2

4 ΣΥΝΟΨΗ Η Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM) είναι μία από τις πιο σύγχρονες και ευέλικτες μεθόδους ανάλυσης της μικροδομής μεγάλου αριθμού υλικών. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης είναι όργανα που λειτουργούν όπως περίπου και τα οπτικά μικροσκόπια μόνο που χρησιμοποιούν μία δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής αντί για φως, για να εξετάσουν αντικείμενα σε λεπτομερή κλίμακα και χρησιμοποιούνται κυρίως για την εξέταση μικροδομής στερεών δειγμάτων καθώς δίνουν εικόνες υψηλού βαθμού διείσδυσης. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής ήταν δημιουργία ενός διαδικτυακού προσομοιωτή χρήσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης JEOL JSM 5900LV, με τη χρήση απλών εργαλείων κατασκευής ιστοσελίδων όπως οι γλώσσες HTML5, CSS, JavaScript και jquery και ο κειμενογράφος Sublime Text. Στο θεωρητικό τμήμα της ιστοσελίδας παρουσιάζεται μία εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης, αναλύεται η ανατομία του μικροσκοπίου και η αρχή λειτουργίας του και τέλος, παρατίθενται οι βασικές οδηγίες για τον τρόπο χρήσης του. Το τμήμα του προσομοιωτή στηρίχτηκε στο στοιχείο <canvas> της HTML5 και στο πακέτο CamanJS, ώστε με τη χρήση διαφόρων μηχανισμών ο χρήστης να μπορεί να δει και να επεξεργαστεί την εικόνα ενός εικονικού δείγματος. 3

5 ABSTRACT SIMULATOR OF THE SCANNING ELECTRON MICROSCOPE JEOL JSM 5900LV Tsimaraki Olga Aristotle University of Thessaloniki School of Electrical and Computer Engineering October 2017 Scanning Electron Microscopy (SEM) is one of the most modern and versatile methods of analyzing the microstructure of a large number of materials. Scanning Electron Microscopes are instruments that follow the same principle as optical microscopes but instead of using light, they use a high-energy electron beam, which results in high-penetration images. Because of that, they are mainly used to examine the microstructures of solid samples. The purpose of this diploma thesis was the creation of an online SEM simulator, based on the JEOL JSM 5900LV model, using simple tools such as HTML5, CSS, JavaScript and jquery and the text editor Sublime Text. The theoretical part of the website presents the user an introduction to SEM, a more thorough look at the different parts of the Scanning Electron Microscope and its operating principle and finally provides him with the basic instructions for its use, based on the instruction manual of the JEOL JSM 5900LV. The part of the website that actually contains the simulator was built with the use of the HTML Canvas element and the JavaScript library CamanJS for its manipulation, so that, by using various mechanisms, the user can view and process the image of a virtual sample. Thesis Supervisor: Litsardakis Georgios Title: Professor 4

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 2 ΣΥΝΟΨΗ... 3 ABSTRACT... 4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας Διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ Τα συστατικά μέρη ενός Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης Σύστημα εκπομπής ηλεκτρονίων Στήλη ηλεκτρονίων Σύστημα μαγνητικών φακών Ανιχνευτής δευτερογενών ηλεκτρονίων Ανιχνευτής οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων Σύστημα υδρόψυξης Θάλαμος δειγμάτων Αρχή λειτουργίας του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης Σχηματισμός εικόνας σε ένα Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης ΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ JEOL JSM 5900LV Γενική περιγραφή Διαδικασία λειτουργίας Εκκίνηση και αερισμός θαλάμου Προετοιμασία και τοποθέτηση δείγματος Εκκένωση θαλάμου Προσαρμογή της θέσης της τράπεζας δείγματος Ενεργοποίηση της δέσμης και εκκίνηση παρατήρησης δείγματος Εναλλαγή δείγματος Παρατήρηση εικόνας δείγματος και εξειδικευμένες ρυθμίσεις Δυναμικό επιτάχυνσης Διάμετρος δέσμης ηλεκτρονίων Ευθυγράμμιση εκπομπού ηλεκτρονίων

7 3.3.4 Προσαρμογή διαφράγματος αντικειμενικού φακού Διόρθωση αστιγματισμού Ταχύτητες σάρωσης Ο ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ ΤΟΥ JEOL JSM 5900LV Γενικά για την ιστοσελίδα Ανάλυση του κώδικα της ιστοσελίδας Εισαγωγική σελίδα (intro.html) Προσομοιωτής (virtual_sem.html) Θεωρητικό τμήμα (SEM_theory.html) Αναδυόμενα παράθυρα (Modals) ΑΝΟΙΧΤΑ ΘΕΜΑΤΑ & ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

8 1 ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1.1 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ένα από τα πιο ισχυρά και αποτελεσματικά όργανα για τη μελέτη της μικροδομής των υλικών είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το οποίο επιτρέπει την μεγεθυμένη απεικόνιση ενός αντικειμένου με διακριτική ικανότητα της τάξης του νανομέτρου (nm), μέσω της αλληλεπίδρασής του με μια δέσμη ηλεκτρονίων. Ο χειρισμός της δέσμης των ηλεκτρονίων που προσπίπτει στο δείγμα, όσο και εκείνων που σκεδάζονται από αυτό, γίνεται με τη βοήθεια μαγνητικών φακών. Ανάλογα με τον βασικό μηχανισμό αλληλεπίδρασης, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, όπως Διέλευσης, Ανάκλασης, Σάρωσης κ.α. Η Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (ΗΜΣ) είναι μια από τις πιο σύγχρονες μεθόδους ανάλυσης για τη μελέτη της υφής των υλικών, όπως μέγεθος και σχήμα σωματιδίων, επιφανειακά χαρακτηριστικά και ασυνέχειες της επιφάνειας, καθώς μπορεί ακόμη να συνεισφέρει στον προσδιορισμό της χημικής σύστασης της επιφάνειας με τη φασματοσκοπική μέθοδο της ενεργειακής διασποράς των ακτινών-χ. Η ικανότητα των οπτικών μικροσκοπίων περιορίζεται, λόγω της φύσης του φωτός, σε μεγεθύνσεις έως και x1000 και σε διακριτική ικανότητα της τάξεως του 0.2nm. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκμεταλλεύεται την κυματική φύση των ηλεκτρονίων σε μήκη κύματος πολύ μικρότερα της ορατής ακτινοβολίας. Το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης είναι ένα όργανο που λειτουργεί όπως περίπου και ένα οπτικό μικροσκόπιο, εκτός από το γεγονός ότι χρησιμοποιεί αντί για φως μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας που σαρώνουν την επιφάνεια του δείγματος με πολύ μεγάλη ταχύτητα. Η διακριτική ικανότητα ενός ΗΜΣ εξαρτάται από τη διάμετρο της δέσμης που προσπίπτει στο δείγμα, το ρεύμα της δέσμης, τη μεγέθυνση του ειδώλου, τον τύπο των ηλεκτρονίων που χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση και τα σφάλματα του φακού. Με τη χρήση νήματος βολφραμίου η διακριτική ικανότητα είναι της τάξεως λίγων nm. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή μίας διαδικτυακής εφαρμογής προσομοίωσης της χρήσης ενός Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης. Το μικροσκόπιο γύρω από το οποίο κατασκευάστηκε η ιστοσελίδα είναι το μοντέλο JEOL JSM 5900LV το οποίο διαθέτει το Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα «Προστασία και Συντήρηση Μνημείων Πολιτισμού» της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και στο οποίο είχαμε εύκολη πρόσβαση. Στόχος της διπλωματικής είναι να δημιουργηθεί μία ιστοσελίδα που θα παρέχει μία σφαιρική γνώση γύρω από την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης αλλά θα εστιάζει και στο συγκεκριμένο μοντέλο ώστε ένας δυνητικός χρήστης της να διδαχθεί μέσω αυτής τη διαδικασία χειρισμού του πραγματικού μικροσκοπίου. Μετά από μια απλή αναζήτηση στο διαδίκτυο, μπορεί να δει κανείς ότι υπάρχουν ήδη αρκετοί προσομοιωτές ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, από τους οποίους αντλήθηκε έμπνευση όπως το myscopeoutreach.org, ο προσομοιωτής που υπάρχει στη σελίδα του Australian 7

9 Microscopy and Microanalysis Research Facility και το ψηφιακό μικροσκόπιο του Imaging Technology Group, το οποίο έχει χρηματοδοτηθεί από τη NASA. Μελλοντικός μας στόχος είναι να καταφέρουμε να δημιουργήσουμε μία ιστοσελίδα αντάξια των προηγουμένων, η οποία να μπορεί να ενσωματωθεί στη διδασκαλία από εκπαιδευτικούς όλων των βαθμίδων. Στα επόμενα κεφάλαια παρατίθεται ολόκληρη η θεωρία που απαιτείται για να αποκτήσει κάποιος σφαιρική γνώση γύρω από την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και η οποία έχει ενσωματωθεί και στην ιστοσελίδα και παρουσιάζεται η ίδια η ιστοσελίδα, όπως θα την αντιληφθεί καλύτερα ένας μελλοντικός χρήστης αλλά και όπως θα την κατανοήσει ένας προγραμματιστής. 1.2 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια, τα οποία περιγράφονται συνοπτικά παρακάτω. Στο παρόν κεφάλαιο (Κεφάλαιο 1) γίνεται μια εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης, παρουσιάζεται ο σκοπός της εργασίας και οι προσομοιωτές μικροσκοπίων που υπάρχουν ήδη στο διαδίκτυο και αναλύεται η δομή της. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται αρχικά τα μέρη από τα οποία αποτελείται ένα Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (ΗΜΣ) και στη συνέχεια περιγράφεται η αρχή λειτουργίας τους. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται η εικόνα στα ΗΜΣ, κάτι που αποτελεί ένα από τα πιο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά τους. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το μικροσκόπιο JEOL JSM 5900LV, η διαδικασία χειρισμού του σύμφωνα με το εγχειρίδιο χρήσης του και αναλύονται κάποιες από τις πιο εξειδικευμένες ρυθμίσεις που θα μπορούσε να κάνει ένας χρήστης και ο τρόπος με τον οποίο αυτές επηρεάζουν, θετικά ή αρνητικά, την τελική εικόνα του δείγματος. Το Κεφάλαιο 4 πραγματεύεται την κατασκευή της ιστοσελίδας και χωρίζεται σε δύο τμήματα. Στο πρώτο τμήμα αναλύεται η λογική της ιστοσελίδας και ο σχεδιασμός της. Περιγράφεται η πορεία ενός δυνητικού χρήστη στις διάφορες σελίδες και επεξηγούνται παράλληλα οι λόγοι για τις διάφορες επιλογές κατά την κατασκευή της. Στο δεύτερο τμήμα αναλύονται τα σημαντικότερα κομμάτια του κώδικα front-end και back-end της ιστοσελίδας και δίνεται μια μικρή επεξήγηση για τον τρόπο λειτουργίας τους. Στο Κεφάλαιο 5, το οποίο αποτελεί και τον επίλογο της εργασίας, παρουσιάζονται τα ανοιχτά θέματα και οι προοπτικές της ιστοσελίδας για το μέλλον. 8

10 2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ 2.1 ΤΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΜΕΡΗ ΕΝΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ ΣΑΡΩΣΗΣ Ένα τυπικό εργαστήριο Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης περιλαμβάνει πάντα ένα μηχάνημα που αποτελείται από τα παρακάτω 3 συστατικά: 1. Την κολώνα του μικροσκοπίου (Εικόνα 6), συμπεριλαμβανομένου του συστήματος εκπομπής ηλεκτρονίων (κάθοδος) στην κορυφή της στήλης μέσω της οποίας «ταξιδεύει» η δέσμη των ηλεκτρονίων και του θαλάμου των δειγμάτων στη βάση. 2. Τον υπολογιστή που καθοδηγεί το μικροσκόπιο, μαζί με τα επιμέρους χειριστήρια και πίνακες ελέγχου. 3. Βοηθητικό εξοπλισμό για διάφορες χρήσεις, όπως για παράδειγμα την ανάλυση της σύνθεσης των δειγμάτων. Εικόνα 1 - Ένα τυπικό Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (Πηγή: Physic Lessons Blog) Τα επιμέρους τμήματα της κολώνας του μικροσκοπίου αναλύονται επιγραμματικά στη συνέχεια του κεφαλαίου. 9

11 2.1.1 Σύστημα εκπομπής ηλεκτρονίων Τα συστήματα εκπομπής ηλεκτρονίων κατηγοριοποιούνται σε θερμιονικά και εκπομπής πεδίου. Ένα τυπικό σύστημα θερμιονικής εκπομπής ηλεκτρονίων αποτελείται από το νήμα, το καπάκι Wehnelt και την άνοδο. Τα θερμοηλεκτρόνια που παράγονται από το νήμα επιταχύνονται με την εφαρμογή τάσης μεταξύ του νήματος και της ανόδου, δημιουργώντας έτσι μια δέσμη ηλεκτρονίων η οποία κατευθύνεται, μέσα από την κατακόρυφη στήλη του μικροσκοπίου, προς τη βάση της. Εικόνα 2 - Θερμιονικός εκπομπός ηλεκτρονίων (Πηγή: Northern Arizona University, Electron Microanalysis Core Facility) Σε ένα σύστημα θερμιονικής εκπομπής θα πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή στο ρεύμα φόρτισης του νήματος καθώς με τη χρήση πολύ μικρού ρεύματος θα δημιουργηθεί μία πολύ σκοτεινή εικόνα, ακατάλληλη για την παρατήρηση ενός δείγματος, ενώ ένα υπερβολικά μεγάλο ρεύμα θα φθείρει το νήμα και θα μειώσει τη διάρκεια ζωής του. Ακόμα, κάποιου είδους δείγματα είναι πιθανό να λιώσουν από τη χρήση πολύ μεγάλου ρεύματος φόρτισης. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να διακοπεί η ηλεκτρονιακή δέσμη και το δείγμα να αφαιρεθεί από το μικροσκόπιο Στήλη ηλεκτρονίων Η στήλη ηλεκτρονίων χρησιμοποιεί τη δέσμη ηλεκτρονίων που δημιουργήθηκε από το σύστημα εκπομπής ηλεκτρονίων για να εστιάσει και να φωτίσει το δείγμα. Καθώς η δέσμη σαρώνει το δείγμα κατά τους άξονες Χ και Y, παράγονται και ανιχνεύονται δευτερογενή και οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια. Η φωτεινότητα των ηλεκτρονιακών σημάτων που ανιχνεύθηκαν ενισχύεται και διαμορφώνεται έτσι ώστε να παραχθεί η εικόνα Σύστημα μαγνητικών φακών Το σύστημα των μαγνητικών φακών αποτελείται από ένα σύστημα φακών συγκέντρωσης, έναν αντικειμενικό φακό και ένα ζευγάρι πηνίων σάρωσης. Το σύστημα των 10

12 φακών συγκέντρωσης ελέγχει την ένταση με την οποία η δέσμη των ηλεκτρονίων φτάνει στο δείγμα ενώ ο αντικειμενικός φακός την εστιάζει πάνω σε αυτό. Εικόνα 3 - Κολώνα μικροσκοπίου και σύστημα φακών (Πηγή: SEM Q & A. JEOL USA Electron Optics Documents) Για την επίτευξη υψηλής ανάλυσης της εικόνας που δημιουργείται από τα δευτερογενή ηλεκτρόνια, υπάρχει επίσης η δυνατότητα ρύθμισης του διαφράγματος των φακών συγκέντρωσης, ώστε να μειωθούν ή να αποκλειστούν ολοκληρωτικά άλλα εξωγενή ηλεκτρόνια που ίσως παράγονται. Μόλις η δέσμη φτάσει στο δείγμα αποκλίνει στην κατεύθυνση των αξόνων x και y από το ζεύγος των πηνίων σάρωσης. Αυτά τα πηνία βρίσκονται κάτω από το σύστημα του φακού συμπύκνωσης και συνήθως συσχετίζονται με την περιοχή του αντικειμενικού φακού. Η εκτροπή αυτή της ηλεκτρονιακής δέσμης επιτρέπει τη μετακίνησή της σε μία τετραγωνική επιφάνεια πάνω στην επιφάνεια του δείγματος, σαρώνοντας έτσι περιοδικά και γραμμή-γραμμή το δείγμα, ώστε να δημιουργηθεί η εικόνα Ανιχνευτής δευτερογενών ηλεκτρονίων Εξαιτίας της χαμηλής ενέργειας των δευτερογενών ηλεκτρονίων, αυτά εκπέμπονται μόνο από σημεία κοντά στην επιφάνεια του δείγματος. Συνεπώς, η χρήση τους για την παραγωγή της εικόνας του δείγματος είναι ιδανική για την απόκτηση πληροφορίας για την τοπογραφία του δείγματος. Μία μικρή πόλωση εφαρμόζεται στην μπροστινή του όψη έτσι ώστε να κατευθυνθούν 11

13 προς αυτόν τα αρνητικά ηλεκτρόνια, και μία μεγαλύτερη τάση εφαρμόζεται στο εσωτερικό του, ώστε να επιταχύνει τα ηλεκτρόνια και να τα κατευθύνει στην οθόνη σπινθηρισμού. Εικόνα 4 - Σύστημα ανιχνευτή οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (Πηγή: MyScope training for advanced research. Australian Microscopy and Microanalysis Research Facility) Εικόνα 5 - Σύστημα ανιχνευτή δευτερογενών ηλεκτρονίων (Πηγή: MyScope training for advanced research. Australian Microscopy and Microanalysis Research Facility) Ανιχνευτής οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων Ο ανιχνευτής οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων βρίσκεται κάτω από τον αντικειμενικό φακό και είναι κεντραρισμένος γύρω από τον οπτικό άξονα. Καθώς σαρώνεται η επιφάνεια του δείγματος από την ηλεκτρονιακή δέσμη, παράγονται οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια τα οποία παρέχουν πληροφορίες για τα τοπογραφικά, φυσικά αλλά και χημικά χαρακτηριστικά του δείγματος. Με τη βοήθεια των οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων μπορούν να καταγραφούν εικόνες είτε της τοπογραφία, είτε της σύνθεσης του δείγματος, ανάλογα με το εύρος των ενεργειών που επιτρέπονται για το σχηματισμό της εικόνας Σύστημα υδρόψυξης Ο σκοπός του συστήματος υδρόψυξης είναι η διατήρηση μιας μόνιμης θερμοκρασίας στους 20 ο C για τη λειτουργία των μαγνητικών φακών του μικροσκοπίου. Εάν το σύστημα υδρόψυξης παρουσιάσει κάποιο πρόβλημα και οι μαγνητικοί φακοί υπερθερμανθούν, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης θα κλείσει αυτόματα Θάλαμος δειγμάτων Ο θάλαμος δειγμάτων διατηρείται σε υψηλό κενό το οποίο ελαχιστοποιεί το διασκορπισμό των ηλεκτρονίων της δέσμης προτού αυτή φτάσει στο δείγμα. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία, καθώς η διάσπαση ή η απόσβεση της δέσμης θα αυξήσει τη διάμετρο της δέσμης και θα μειώσει την ανάλυση της εικόνας, ειδικά όταν αυτή παράγεται από τον ανιχνευτή δευτερογενών ηλεκτρονίων. Επίσης, η διατήρηση του θαλάμου σε υψηλό κενό βελτιστοποιεί και τη συλλογή των ηλεκτρονίων από τους ανιχνευτές, ιδιαίτερα των δευτερογενών. 12

14 Εικόνα 6 - Διατομή της κολώνας (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) 13

15 2.2 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ ΣΑΡΩΣΗΣ Το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης χρησιμοποιεί μια λεπτή δέσμη ηλεκτρονίων η οποία, αφού περάσει από μια ακολουθία δύο ή τριών φακών εστίασης (συνδυασμένους με κατάλληλα διαφράγματα), καταλήγει να έχει διάμετρο 2-10nm, η ελάχιστη τιμή της οποίας περιορίζεται από το ελάχιστο αποδεκτό ρεύμα της δέσμης ανίχνευσης. Η διείσδυση της δέσμης στο δείγμα καθορίζεται από τις παρακάτω 4 παραμέτρους με τις δύο τελευταίες να είναι οι πλέον καθοριστικές: Ποσότητα των ηλεκτρονίων που υπάρχουν στη δέσμη (emission current) Διάμετρος της δέσμης (spot size) Ταχύτητα / Ενέργεια των ηλεκτρονίων (accelerating voltage) Είδος του δείγματος (μέσος ατομικός αριθμός του δείγματος) Εικόνα 7 - Επίδραση ατομικού αριθμού και δυναμικού επιτάχυνσης στον όγκο αλληλεπίδρασης. (Πηγή: Μπίνας Β., Κυριακίδης Γ. (2014). Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία) Η λεπτή αυτή δέσμη κατευθύνεται, με τη βοήθεια ενός πηνίου οδήγησης, έτσι ώστε να σαρώνει με περιοδικό τρόπο την προς μελέτη επιφάνεια του δείγματος. Η προσπίπτουσα δέσμη, αφού εστιαστεί από το σύστημα των φακών εστίασης, βομβαρδίζει το δείγμα με αποτέλεσμα κάποια από τα ηλεκτρόνια να το διαπερνούν και κάποια να σκεδάζονται ή να άγονται, ενώ συγχρόνως προκαλείται η παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων, ακτινών Χ και ηλεκτρονίων Auger. Τα δευτερογενή ηλεκτρόνια (secondary electrons) που παράγονται προέρχονται από την επιφάνεια του δείγματος ενώ παράγονται επίσης και οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια (backscattered electrons), τα οποία προέρχονται από το εσωτερικό του στερεού. 14

16 Τα δευτερογενή ηλεκτρόνια που παράγονται συλλέγονται από έναν ανιχνευτή ηλεκτρονίων, ο οποίος φέρει κατάλληλο σύστημα μετατροπής κάθε ηλεκτρονίου σε φωτόνιο. Αυτά οδηγούνται σε έναν φωτοπολλαπλασιαστή, όπου και παίρνουν τη μορφή ηλεκτρικών παλμών, που ενισχύονται από έναν ενισχυτή σήματος και χρησιμοποιούνται για να διαμορφώσουν τη φωτεινότητα ενός καθοδικού σωλήνα (CRT), ο οποίος σαρώνεται συγχρονισμένα με τη δέσμη ηλεκτρονίων. Με αυτόν τον τρόπο παράγεται η εικόνα της επιφάνειας στην οθόνη του καθοδικού σωλήνα. Εικόνα 8 - Αλληλεπίδραση της αρχικής δέσμης ηλεκτρονίων με το δείγμα (Πηγή: Μπίνας Β., Κυριακίδης Γ. (2014). Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία) Τα οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια από την άλλη παρέχουν πληροφορίες για το ανάγλυφο αλλά και τη σχετική σύσταση του δείγματος και, η αλλαγή στο ποσοστό τους δίνει διαφοροποίηση στην εικόνα ανάλογα με τον ατομικό αριθμό του δείγματος. Οι βαρύτερες φάσεις φαίνονται λαμπρότερες από τις ελαφρύτερες. Η ανίχνευση γίνεται χρησιμοποιώντας ως ανιχνευτή τον ημιαγωγό στερεάς κατάστασης σχήματος δακτυλίου, ο οποίος είναι προσαρμοσμένος στα τοιχώματα της κολώνας. Μετρούνται οι κτύποι των ηλεκτρονίων στον ανιχνευτή που μετατρέπονται σε ένταση των ψηφίδων και εμφανίζονται στο σωλήνα σχηματίζοντας την εικόνα. Εικόνα 9 - Όγκος αλληλεπίδρασης και περιοχές από τις οποίες ανιχνεύονται δευτερογενή, οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια και ακτίνες Χ (Πηγή: Μπίνας Β., Κυριακίδης Γ. (2014). Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία) 15

17 Η διακριτική ικανότητα προκύπτει από τη διαφορετική κατεύθυνση των τμημάτων της επιφάνειας. Τα μέρη της επιφάνειας τα οποία είναι κάθετα προς τον ανιχνευτή φαίνονται πιο φωτεινά, ενώ τα μέρη τα οποία είναι παράλληλα προς τον ανιχνευτή φαίνονται πιο σκοτεινά. Δημιουργούνται έτσι σκοτεινές και φωτεινές περιοχές, οι οποίες δίνουν τελικά τις χαρακτηριστικές τρισδιάστατες εικόνες της συγκεκριμένης μεθόδου. 2.3 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ΣΕ ΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες πλευρές της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης είναι η ευκολία με την οποία ένας παρατηρητής χωρίς προηγούμενη επαφή με το όργανο, φαίνεται να μπορεί να ερμηνεύσει τις εικόνες των τρισδιάστατων δειγμάτων. Το ενδιαφέρον προέρχεται από το γεγονός ότι ο τρόπος που σχηματίζονται αυτές οι εικόνες από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης διαφέρει πολύ από την πραγματικότητα ενός ανθρώπου, όπου οι εικόνες σχηματίζονται από το φως και παρατηρούνται με το μάτι. Η εικόνα που δημιουργείται από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης είναι στην ουσία ένας δισδιάστατος χάρτης εντάσεων. Κάθε εικονοστοιχείο στην οθόνη αντιστοιχεί σε ένα σημείο πάνω στο δείγμα και αναλογεί στην ένταση του σήματος που εγκλωβίστηκε από τον ανιχνευτή στο κάθε σημείο. Εικόνα 10 - Σχηματισμός του χάρτη εντάσεων κατά τη σάρωση του δείγματος από τη δέσμη ηλεκτρονίων (Πηγή: Introduction to Scanning Electron Microscopy (SEM). Central Facility for Advanced Microscopy and Microanalysis, University of California, Riverside) Αντίθετα με τα οπτικά μικροσκόπια και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια διέλευσης, στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης δεν υπάρχει πραγματική εικόνα. Είναι αδύνατο να τοποθετήσει κανείς οπουδήποτε μέσα σε ένα ΗΜΣ ένα φιλμ και να καταγράψει μία εικόνα. Οι εικόνες στην ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης παράγονται και προβάλλονται μόνο ηλεκτρονικά, καθώς σχηματίζονται με ηλεκτρονική σύνθεση. 16

18 Σε ένα αναλογικό σύστημα σάρωσης, η δέσμη των ηλεκτρονίων μετακινείται συνεχόμενα, με μία γρήγορη ταχύτητα σάρωσης κατά τον άξονα Χ (σάρωση γραμμής) ακολουθούμενη από μία σταδιακή αργή σάρωση κατά των άξονα Υ, σε έναν προκαθορισμένο αριθμό γραμμών. Ο χρόνος που χρειάζεται για τη σάρωση μίας ολόκληρης γραμμής πολλαπλασιασμένος επί τον αριθμό των γραμμών σε ένα πλαίσιο δίνει το χρόνο πλαισίου (frame time). Στα ψηφιακά συστήματα σάρωσης επιτρέπονται μόνο διακριτές τοποθετήσεις της δέσμης ηλεκτρονίων. Η δέσμη τοποθετείται σε μία καθορισμένη τοποθεσία και παραμένει εκεί για ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα, που καλείται χρόνος παραμονής (dwell time), και στη συνέχεια μετακινείται στο επόμενο καθορισμένο σημείο. Όταν η δέσμη είναι εστιασμένη πάνω στο δείγμα, καταγράφεται μία ένταση αναλογικού σήματος από τον ανιχνευτή. Στο σήμα τάσης που παράγεται από τον ενισχυτή του ανιχνευτή, ψηφιοποιείται και αποθηκεύεται με τη μορφή διακριτής αριθμητικής τιμής στο κατάλληλο μητρώο του υπολογιστή. Συνήθως, η ένταση ψηφιοποιείται σε 8 bit (256 επίπεδα), 12 bit (4096) ή 16 bit (65,546). Η ψηφιακή εικόνα εμφανίζεται στην οθόνη με τη μετατροπή των αριθμητικών τιμών που βρίσκονται αποθηκευμένες στη μνήμη του υπολογιστή σε ένα αναλογικό σήμα κατάλληλο για την προβολή της σε μία οθόνη. ΜΕΓΕΘΥΝΣΗ ΣΤΟ ΗΜΣ Η μεγέθυνση μίας εικόνας στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης δεν πραγματοποιείται με κάποιον οπτικό μετασχηματισμό, αλλά επιτυγχάνεται με τη σάρωση μίας περιοχής του δείγματος, μικρότερης από την οθόνη προβολής της εικόνας. Εξαρτάται λοιπόν, μόνο από τη διέγερση των πηνίων σάρωσης και όχι από τη διέγερση του αντικειμενικού φακού, η οποία καθορίζει την εστίαση της δέσμης. Καθώς το μέγεθος της οθόνης είναι προκαθορισμένο και σταθερό, αύξηση ή μείωση στη μεγέθυνση της εικόνας επιτυγχάνεται με τη μείωση ή την αύξηση, αντίστοιχα, του μήκους της σάρωσης του δείγματος. 17

19 3 ΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ JEOL JSM 5900LV 3.1 ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης Jeol JSM 5900LV είναι εξοπλισμένο με μία μηχανοκίνητη τράπεζα 5 αξόνων ώστε εάν τοποθετηθεί σε αυτό δείγμα διαμέτρου έως 8 ίντσες, να μπορεί ο χρήστης να έχει πλήρη κάλυψη διαμέτρου 7 ιντσών, χρησιμοποιώντας τους μηχανισμούς μετακίνησης X, Y και R (rotation/περιστροφή). Όλες οι λειτουργίες μπορούν να πραγματοποιηθούν με τη χρήση ενός «ποντικιού» σε έναν προσωπικό υπολογιστή και παρέχονται επίσης όλες οι πρακτικές αυτόματες ρυθμίσεις, όπως αυτόματη ευθυγράμμιση της καθόδου των ηλεκτρονίων, εστίαση, διόρθωση αστιγματισμού και ρύθμιση φωτεινότητας και αντίθεσης. Η ολοκληρωμένη χρήση λοιπόν, ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή καθιστά απλή και αποτελεσματική τη λειτουργία οποιουδήποτε Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης, από την αξιολόγηση του οργάνου, μέχρι την παρατήρηση ενός δείγματος αλλά και την δημιουργία αναφορών. Εικόνα 11 - Μπροστινή όψη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης JEOL JSM 5900LV (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) 18

20 Εικόνα 12 - Πίσω όψη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης JEOL JSM 5900LV (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) 3.2 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Η διαδικασία ενεργοποίησης και χειρισμού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης JEOL JSM 5900LV ορίζεται επακριβώς παρακάτω Εκκίνηση και αερισμός θαλάμου Αρχικά, πρέπει να τεθεί το μικροσκόπιο σε λειτουργία από τον κεντρικό πίνακα ελέγχου. Εάν ο κεντρικός διακόπτης ( κλειδί ) δεν βρίσκεται στη θέση [ON], πρέπει να γυρίσουμε το διακόπτη από τη θέση [OFF] στη θέση [Start] και στη συνέχεια το αφήνουμε ελεύθερο να επιστρέψει στη θέση [ON]. Στη συνέχεια, ο χρήστης πρέπει να συνδεθεί στον υπολογιστή με το κατάλληλο username και password και να ανοίξει το λογισμικό που χρησιμοποιεί το μικροσκόπιο. Ακολουθεί ο αερισμός του θαλάμου με το πάτημα του πλήκτρου [VENT], κάτι που μπορεί να γίνει είτε μέσα από το μενού εναλλαγής δείγματος στο λογισμικό, είτε με τον διακόπτη [VENT] στον πίνακα ελέγχου. Μόλις πατηθεί το κουμπί, αναβοσβήνει η αντίστοιχη φωτεινή ένδειξη. Μόλις ο θάλαμος του δείγματος και η στήλη ηλεκτρονίων βρεθούν σε ατμοσφαιρική πίεση, η φωτεινή ένδειξη σταματά να εναλλάσσεται και παραμένει αναμμένη. 19

21 Εικόνα 13 - Κεντρικός πίνακας ελέγχου του JEOL JSM 5900LV (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) Προετοιμασία και τοποθέτηση δείγματος Το κατάλληλα προετοιμασμένο δείγμα τοποθετείται σε ένα πλακίδιο και με τη χρήση γαντιών τοποθετείται προσεκτικά μέσα στο θάλαμο. Για καλύτερη ποιότητα εικόνας, το δείγμα θα πρέπει να είναι γειωμένο στην αντίστοιχη θέση, με τη χρήση διαλύματος γραφίτη ή λωρίδων χαλκού. Μόλις το πλακίδιο με το δείγμα βρίσκεται στην σωστή θέση, θα πρέπει να κλείσει και να σφραγιστεί η πόρτα του θαλάμου Εκκένωση θαλάμου Μετά την τοποθέτηση του δείγματος, θα πρέπει να εκκενωθεί ο θάλαμος. Αυτό μπορεί να γίνει με το πάτημα του κουμπιού [EVAC] στο μενού εναλλαγής δείγματος στο λογισμικό ή με τον αντίστοιχο διακόπτη του πίνακα ελέγχου. Ο χρήστης ενημερώνεται για την ολοκλήρωση της εκκένωσης του θαλάμου μέσω ενός ηχητικού σήματος και μπορεί πλέον να «στείλει» ρεύμα στο νήμα βολφραμίου. Στη συνέχεια πρέπει να ενεργοποιηθεί και η κάμερα του θαλάμου Προσαρμογή της θέσης της τράπεζας δείγματος Επόμενο βήμα είναι η μετακίνηση της τράπεζας του μικροσκοπίου έτσι ώστε το δείγμα να είναι ορατό μέσω της κάμερας και του λογισμικού. Μία καλή τακτική είναι κανείς να ξεκινά με μία απόσταση εργασίας περίπου ίση με 40nm. Παράλληλα, ανάλογα με το ύψος του δείγματος ο χρήστης μπορεί να μετακινήσει λίγο το δείγμα και στην κάθετη διεύθυνση. Σε αυτό το στάδιο, ο χρήστης πρέπει να χρησιμοποιήσει τα πλήκτρα [X/Y] και [Τ/Ζ] του πίνακα ελέγχου και με τη χρήση του μοχλού να κεντράρει και να ανυψώσει την τράπεζα δείγματος αντίστοιχα Ενεργοποίηση της δέσμης και εκκίνηση παρατήρησης δείγματος Σε αυτό το σημείο, ο χρήστης πατά το πλήκτρο [HT Ready] και αφού θέσει το Accelerating Voltage σε μια αρχική τιμή (προτείνεται 15kV), βλέπει πλέον την εικόνα του δείγματος στο λογισμικό. Μπορεί πλέον να επεξεργαστεί την εικόνα κατά βούληση, ρυθμίζοντας την φωτεινότητα, την αντίθεση, την εστίαση και τη μεγέθυνση ώστε να εξάγει τα συμπεράσματά του. 20

22 Εικόνα 14 - Δεξιά διατομή του θαλάμου δειγμάτων του JEOL JSM 5900LV (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) Εικόνα 15 - Κάτοψη του θαλάμου δειγμάτων του JEOL JSM 5900LV (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) 21

23 3.2.6 Εναλλαγή δείγματος Ένας χρήστης μπορεί να ξεκινήσει τη διαδικασία τοποθέτησης ενός νέου δείγματος στο μικροσκόπιο πατώντας το κουμπί [Specimen Exchange] στη διεπαφή χρήστη. Στη συνέχεια, θα πρέπει να γίνει εξαερισμός του θαλάμου με το πάτημα του πλήκτρου [VENΤ]. Ο εξαερισμός σε αυτό το στάδιο μπορεί να γίνει με τη χρήση του διακόπτη [SPECIMEN CHAMBER VENT] που βρίσκεται πάνω στον πίνακα ελέγχου. Μόλις ο θάλαμος φτάσει σε ατμοσφαιρική πίεση ο χρήστης θα πρέπει να ανοίξει το θάλαμο και να αφαιρέσει το τυχόν πλακίδιο από την τράπεζα. Αφού προετοιμαστεί κατάλληλα το νέο δείγμα, τοποθετείται στη βάση του δείγματος με τέτοιο τρόπο ώστε, η προς παρατήρηση όψη του δείγματος, να συμπίπτει με την πάνω όψη της πλάκας στην οποία τοποθετείται. Σε περίπτωση που το δείγμα προεξέχει από την πλάκα, θα πρέπει να μετακινηθεί κατάλληλα στον κάθετο άξονα η τράπεζα του δείγματος. Ανάλογα με το είδος του δείγματος, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κατάλληλη ηλεκτρικά αγώγιμη ταινία ώστε να αποτραπεί η ηλεκτρική φόρτισή του. Συνίσταται να αποφεύγεται η χρήση δειγμάτων που περιέχουν περισσότερη υγρασία ή έλαια από το απαραίτητο, καθώς υπάρχει πιθανότητα μόλυνσης του εσωτερικού της οπτικής κολώνας ηλεκτρονίων. Αφού εγκατασταθεί η πλάκα με το νέο δείγμα επάνω στην τράπεζα, ο χρήστης θα πρέπει να κλείσει κατάλληλα την πόρτα του θαλάμου και να προχωρήσει στην εκκένωσή του με το πάτημα του πλήκτρου [EVAC]. Η εκκένωση του θαλάμου στην περίπτωση αυτή μπορεί να γίνει και με τη χρήση του διακόπτη [SPECIMEN CHAMBER EVAC] που βρίσκεται στον κύριο πίνακα ελέγχου. Υπάρχει ακόμα η δυνατότητα της επιλογής [Image appears automatically], με τη χρήση της οποίας, μετά την ολοκλήρωση της εκκένωσης του θαλάμου, ενεργοποιείται αυτόματα και η δέσμη ηλεκτρονίων (HT on) και προβάλλεται η εικόνα στην οθόνη του χρήστη. 3.3 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΕΣ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ Υπάρχουν πολλές απλές ρυθμίσεις που θα βοηθήσουν το χρήστη στην αποδοτικότερη παρατήρηση της εικόνας και στην εξαγωγή των κατάλληλων συμπερασμάτων, όπως οι ρυθμίσεις φωτεινότητας, αντίθεσης, εστίασης και μεγέθυνσης που μπορούν να γίνουν χειροκίνητα ή μέσω αυτόματων ρυθμίσεων. Ακόμα, μέσω της διεπαφής, ένας χρήστης μπορεί να ρυθμίσει το δυναμικό επιτάχυνσης και τη διάμετρο της δέσμης ηλεκτρονίων, να ευθυγραμμίσει τον εκπομπό ηλεκτρονίων, να προσαρμόσει το διάφραγμα του αντικειμενικού φακού και να κάνει διόρθωση του αστιγματισμού. Παρακάτω αναλύονται λεπτομερώς οι λόγοι που απαιτούνται οι περισσότερες από αυτές τις ρυθμίσεις και η επίδρασή τους στην προς παρατήρηση εικόνα και, σε μερικές περιπτώσεις, η ακριβής διαδικασία ρύθμισης στο μικροσκόπιο. 22

24 3.3.1 Δυναμικό επιτάχυνσης Θεωρητικά, μία αύξηση στο δυναμικό επιτάχυνσης θα προκαλέσει ένα υψηλότερο σήμα (και χαμηλότερο θόρυβο) στην τελική εικόνα. Αλλά τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, καθώς υπάρχουν και αρκετά μειονεκτήματα. Προκαλείται μία μείωση στις λεπτομέρειες της δομής της επιφάνειας του δείγματος, στην περίπτωση που η εικόνα έχει δημιουργηθεί από τα δευτερογενή ηλεκτρόνια. Αυξάνεται η θερμοκρασία του θαλάμου και υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να καταστραφεί το δείγμα. Με ένα υψηλότερο δυναμικό επιτάχυνσης η διείσδυση της δέσμης ηλεκτρονίων είναι ισχυρότερη και ο όγκος αλληλεπίδρασης με το δείγμα είναι μεγαλύτερος. Συνεπώς, η χωρική ανάλυση των μικρογραφιών που δημιουργούνται από αυτά τα σήματα θα είναι μειωμένη. Η εικόνα θα είναι λοιπόν φωτεινότερη, εξαιτίας της αύξησης του αριθμού των οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων, αλλά θα χειροτερέψει η ανάλυσή της. Στις περιπτώσεις όπου η εικόνα δημιουργείται από τα δευτερογενή ηλεκτρόνια σε τυπικές τιμές επιταχυνόμενου δυναμικού ( για παράδειγμα 15eV), τα οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια μπορούν να εισέλθουν στον ανιχνευτή δευτερογενών ηλεκτρονίων και να υποβιβάσουν την ποιότητα της εικόνας, καθώς προέρχονται από το εσωτερικό του δείγματος και όχι από την επιφάνειά του. Εικόνα 16 - Διάχυση των προσπιπτόντων ηλεκτρονίων (Πηγή: A Guide to Scanning Microscope Observation. JEOL USA Electron Optics Documents) Σε γενικές γραμμές, συστήνεται η χρήση χαμηλών τιμών δυναμικού επιτάχυνσης (περίπου 5 με 10kV) για δείγματα χαμηλής πυκνότητας, όπως το πλαστικό, το χαρτί ή ένα βιολογικό δείγμα. Αντίθετα, για δείγματα υψηλής πυκνότητας όπως το μέταλλο, συστήνεται η χρήση υψηλότερων δυναμικών επιτάχυνσης (περίπου 15kV). Επιπλέον, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, στην περίπτωση που είναι επιθυμητή η ανάλυση των στοιχείων του δείγματος, είναι 23

25 απαραίτητη η χρήση ενός υψηλού δυναμικού επιτάχυνσης που να επαρκεί για την παραγωγή των ακτινών Χ των προς ανάλυση στοιχείων του δείγματος. Παρακάτω φαίνεται σχηματικά η επίδραση που έχει το δυναμικό επιτάχυνσης στην προς παρατήρηση εικόνα. Εικόνα 17 - Επίδραση του Δυναμικού Επιτάχυνσης στην εικόνα (Πηγή: A Guide to Scanning Microscope Observation. JEOL USA Electron Optics Documents) Διάμετρος δέσμης ηλεκτρονίων Στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης, όσο μικρότερη είναι η διάμετρος της δέσμης ηλεκτρονίων πάνω στο δείγμα (spot size), τόσο υψηλότερη είναι η μεγέθυνση και η ανάλυση. Παρόλα αυτά, η ομαλότητα της εικόνας, και συγκεκριμένα ο σηματοθορυβικός λόγος, εξαρτάται από το ρεύμα της δέσμης ηλεκτρονίων το οποίο όμως μειώνεται, όσο μικραίνει η διάμετρος της δέσμης. Εικόνα 18 - Σχέση μεταξύ του ρεύματος και της διαμέτρου της δέσμης ηλεκτρονίων (Πηγή: A Guide to Scanning Microscope Observation. JEOL USA Electron Optics Documents) Εικόνα 19 - Επίδραση του ρεύματος της δέσμης (Πηγή: A Guide to Scanning Microscope Observation. JEOL USA Electron Optics Documents) 24

26 Είναι λοιπόν απαραίτητο να επιλεχθεί ένα ρεύμα κατάλληλο για τις συνθήκες παρατήρησης και μεγέθυνσης, αλλά και για το δείγμα. Το μέγεθος της διαμέτρου της δέσμης ηλεκτρονίων που σχηματίζεται πάνω στην επιφάνεια του δείγματος επηρεάζει την ανάλυση της εικόνας και τον αριθμό των ηλεκτρονίων που παράγονται (συνεπώς και το θόρυβο της εικόνας). Σε χαμηλές μεγεθύνσεις είναι προτιμότερη η χρήση μεγαλύτερης διαμέτρου δέσμη (και κατά συνέπεια μεγαλύτερου ρεύματος φόρτισης) απ ότι σε υψηλότερες μεγεθύνσεις. Spot Size [0] [99] Resolution High Low Probe diameter Small Large Probe current Less More Condenser lens Current More Less Specimen exchange Less More Image quality Grainy Smooth Επίδραση της διαμέτρου της δέσμης ηλεκτρονίων σε διάφορες παραμέτρους/λειτουργίες (Πηγή: Εγχειρίδιο χρήσης JEOL JSM 5900LV) Στην πραγματικότητα, ο αριθμός των σημείων παραμονής της δέσμης σε μία γραμμή της επιφάνειας του δείγματος είναι σταθερός σε οποιαδήποτε μεγέθυνση. Συνεπώς, η χρήση μιας πολύ μικρής διαμέτρου δέσμης συνεπάγεται κενά στα οποία δεν παράγεται καθόλου σήμα, ενώ η χρήση μιας πολύ μεγάλης διαμέτρου δέσμης συνεπάγεται επικαλύψεις που θα προκαλέσουν την παραγωγή σήματος που προέκυψε από το μέσο όρο των πραγματικών τιμών Ευθυγράμμιση εκπομπού ηλεκτρονίων Εάν η θέρμανση του νήματος είναι ανεπαρκής ή η δέσμη των ηλεκτρονίων αποκλίνει από τον οπτικό άξονα, μπορεί να είναι αδύνατο να ληφθεί μία καθαρή εικόνα, ακόμα και εάν οι φακοί είναι εστιασμένοι. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να γίνει ευθυγράμμιση του εκπομπού ηλεκτρονίων με τη βοήθεια της διεπαφής χρήστη και ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα: 1. Ο χρήστης θα πρέπει να ανοίξει το [Menu] και να πατήσει το κουμπί [Gun Alignment]. 2. Θα πρέπει να τοποθετηθούν τα [X] και [Y] των επιλογών Alignment Tilt και Alignment Shift στις αντίστοιχες κεντρικές θέσεις. 3. Στη συνέχεια τοποθετούμε το δείκτη για τη θέρμανση του νήματος (Filament Heating) σε ένα σημείο μπροστά από την πορτοκαλί περιοχή. 25

27 4. Τα [X] και [Y] των επιλογών Alignment Tilt και Alignment Shift θα πρέπει τώρα να προσαρμοστούν μέχρις ότου η εικόνα να έχει τη μέγιστη φωτεινότητα και κατόπιν, να επιστραφεί ο δείκτης της θέρμανσης του νήματος στην τέρμα αριστερά θέση. Εικόνα 20 - Ρύθμιση θέρμανσης νήματος και επίδραση στην εικόνα (Πηγή: MyScope training for advanced research. Australian Microscopy and Microanalysis Research Facility) 5. Ακολουθεί η ρύθμιση της θέρμανσης του νήματος. Θα πρέπει ο χρήστης να μετακινήσει το δείκτη αργά μέχρι τον κορεσμό (πριν από την πορτοκαλί περιοχή). Όταν ο δείκτης θα βρίσκεται περίπου στη μέση της διαδρομής, η οθόνη φωτίζεται στιγμιαία και στην πορεία ξεκινά να εμφανίζεται σταδιακά η εικόνα, μέχρις ένα σημείο όπου η φωτεινότητά της σταματά να μεταβάλλεται (κορεσμός). Είναι σημαντικό να μην ξεπεραστεί το σημείο κορεσμού καθώς θα υπερθερμανθεί το νήμα και θα μειωθεί ο χρόνος ζωής του. 6. Επόμενο βήμα είναι το πάτημα της επιλογής [Lens Reset] από το μενού [Tools]. 7. Ο χρήστης πρέπει τώρα να προσαρμόσει τα [X] και [Y] του Alignment Shift έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί η φωτεινότητα της εικόνας και στη συνέχεια να κάνει το ίδιο και για τα [X] και [Y] του Alignment Tilt. 8. Τα βήματα 6 και 7 θα πρέπει να επαναληφθούν μέχρις ότου η φωτεινότητα της εικόνας να γίνει μέγιστη. Σημειώνεται ότι η ευθυγράμμιση του εκπομπού ηλεκτρονίων συνίσταται να γίνεται κάθε φορά που ενεργοποιείται το μικροσκόπιο Προσαρμογή διαφράγματος αντικειμενικού φακού Εάν το διάφραγμα του αντικειμενικού φακού αποκλίνει από τον οπτικό άξονα, ίσως να είναι αδύνατο να ληφθεί καθαρή εικόνα, ακόμα και εάν οι φακοί είναι εστιασμένοι, ή μπορεί να επιβάλλεται κάποιο όριο στο οπτικό πεδίο. 26

28 3.3.5 Διόρθωση αστιγματισμού Η διόρθωση του αστιγματισμού της εικόνας αποτελεί μία από τις δυσκολότερες ρυθμίσεις σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και απαιτεί εξάσκηση. Στις παρακάτω εικόνες φαίνεται η επίδραση της ύπαρξης ή μη αστιγματισμού. Η κεντρική εικόνα δείχνει μία σωστά εστιασμένη εικόνα, στην οποία έχει γίνει επίσης διόρθωση του αστιγματισμού. Οι εικόνες δεξιά και αριστερά αποτελούν παραδείγματα αποτυχημένης ρύθμισης, και ο αστιγματισμός διακρίνεται ως ραβδώσεις πάνω στις εικόνες. Εικόνα 21 - Μία εικόνα με στιγματισμό στον άξονα Χ, χωρίς στιγματισμό και με στιγματισμό στον άξονα Υ (Πηγή: MyScope training for advanced research. Australian Microscopy and Microanalysis Research Facility) Για να προκύψει μία εικόνα χωρίς το πρόβλημα του αστιγματισμού, θα πρέπει η προβολή της δέσμης ηλεκτρονίων πάνω στο δείγμα να είναι κυκλική. Η προβολή όμως αυτή της δέσμης ηλεκτρονίων παραμορφώνεται σε έλλειψη εξαιτίας διαφόρων παραγόντων, όπως τη μηχανική ακρίβεια του μικροσκοπίου και ατέλειες στην κατασκευή των διαφόρων τμημάτων της κολώνας. Αυτή η παραμόρφωση καλείται αστιγματισμός και προκαλεί δυσκολίες στην εστίαση της εικόνας. Ραβδώσεις εμφανίζονται στην εικόνα κατά τον άξονα Χ, οι οποίες αλλάζουν κατεύθυνση κατά τον άξονα Y, με την προσαρμογή της εστίασης της εικόνας. Για να γίνει η προβολή της δέσμης στο δείγμα κυκλική, χρησιμοποιείται ένας στιγματιστής. Αυτός περιλαμβάνει ηλεκτρομαγνητικά πηνία τοποθετημένα γύρω από την κολώνα του μικροσκοπίου σε τέσσερεις, έξι ή οκτώ διευθύνσεις. Αυτά τα πηνία επιτρέπουν την προσαρμογή του σχήματος της δέσμης και μπορούν να εφαρμοστούν για τη διόρθωση οποιασδήποτε σημαντικής παραμόρφωσης των φακών. Εικόνα 22 - Διάταξη στιγματιστών σε τέσσερεις διευθύνσεις (Πηγή: Northern Arizona University, Electron Microanalysis Core Facility) 27

29 Μπορεί κανείς να θεωρήσει ότι μία εικόνα δεν έχει πρόβλημα αστιγματισμού όταν δεν δημιουργούνται ραβδώσεις σε κάποια από τις κατευθύνσεις X ή Y κατά την προσαρμογή του αντικειμενικού φακού όταν η μεγέθυνση είναι περίπου της κλίμακας 10,000x. Σε μεγεθύνσεις μικρότερες από 1000x ο αστιγματισμός είναι αμελητέος Ταχύτητες σάρωσης Όπως έχει αναφερθεί και προηγουμένως, η εικόνα σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης είναι στην ουσία ένας δισδιάστατος χάρτης εντάσεων. Κάθε εικονοστοιχείο στην οθόνη αντιστοιχεί σε ένα σημείο πάνω στο δείγμα και αναλογεί στην ένταση του σήματος που εγκλωβίστηκε από τον ανιχνευτή στο κάθε σημείο κατά τη σάρωση του δείγματος από τη δέσμη των ηλεκτρονίων. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης Jeol JSM 5900LV δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να αλλάξει την ταχύτητα με την οποία σαρώνεται το δείγμα, κάτι που έχει επιπτώσεις στην ανάλυση της εικόνας. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι επιλογές Scan 1 4, ο χρόνος σάρωσης πλαισίου και ο αριθμός των εικονοστοιχείων που σαρώθηκαν. Scanning speed [():60Hz area] Number of pixels Scan 1 64ms 320 x 240 Scan 2 128ms 640 x 480 Scan 3 10 (8.33) s 640 x 480 Scan 4 80 (66.67) s 1280 x (133.3) s 1280 x 960 Εκτός από τα κουμπιά Scan 1 4 υπάρχει και το [View]. Εάν ο χρήστης πατήσει αυτό το κουμπί η μεγέθυνση γίνεται η ελάχιστη δυνατή για την τρέχουσα απόσταση εργασίας και ταχύτητα σάρωσης γίνεται αυτή του Scan 2. Εάν ο χρήστης πατήσει και πάλι το [View], η μεγέθυνση και η ταχύτητα σάρωσης θα επανέλθουν στις προκαθορισμένες τιμές τους. Τέλος, εάν αλλάξει η μεγέθυνση ή η ταχύτητα σάρωσης του δείγματος, όσο το [View] είναι ακόμα ενεργοποιημένο, τότε το [View] απενεργοποιείται και οι προκαθορισμένες τιμές για τη μεγέθυνση και την ταχύτητα σάρωσης ακυρώνονται. 28

30 4 Ο ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ ΤΟΥ JEOL JSM 5900LV 4.1 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑ Η ιστοσελίδα αποτελείται από δύο βασικούς άξονες, τον ίδιο τον προσομοιωτή και το τμήμα της θεωρητικής μελέτης, ώστε η προσέγγιση του μικροσκοπίου μέσα από αυτή να γίνεται εύκολα κατανοητή από κάποιον νέο χρήστη που πιθανόν να μην έχει προηγούμενη εμπειρία με την ηλεκτρονική μικροσκοπία. Εικόνα 23 - Εισαγωγική σελίδα ιστοσελίδας (Intro.html) Για λόγους σωστής εκμάθησης, ο προσομοιωτής επιτρέπει συγκεκριμένα μόνο βήματα, κάθε στιγμή από το χρήστη, δίνοντάς του παράλληλα τις αντίστοιχες οδηγίες και τα πιο σημαντικά τμήματα της θεωρίας σε μορφή αναδυόμενων παραθύρων. Εικόνα 24 - Είσοδος στον προσομοιωτή (virtual_sem.html) 29

31 Μέσω του προσομοιωτή, ένας χρήστης μαθαίνει πως να εκκινεί σωστά το μικροσκόπιο, πότε είναι απαραίτητος ο αερισμός του θαλάμου και πότε η εκκένωσή του, αλλά και ποια είναι η κατάλληλη στιγμή για να ενεργοποιηθεί η δέσμη ηλεκτρονίων. Ακόμα του δίνεται η δυνατότητα να επιλέξει τιμές για τα Accelerating Voltage, Spot Size και Working Distance και να δει πως επιδρούν οι διαφορετικές τιμές στην εικόνα του δείγματος. Τέλος, μπορεί να επεξεργαστεί τη φωτεινότητα, την αντίθεση, την εστίαση και τη μεγέθυνση της εικόνας με τη χρήση slider και να μάθει να παρατηρεί ένα δείγμα, να εξάγει τα συμπεράσματά του και να αποθηκεύει στον υπολογιστή του την εικόνα που επεξεργάστηκε. Εικόνα 25 - Είσοδος στο θεωρητικό τμήμα της ιστοσελίδας (SEM_theory.html) Αρκετές από τις λειτουργίες του πραγματικού μικροσκοπίου, όπως το gun alignment, η διόρθωση του αστιγματισμού, η μετακίνηση της τράπεζας κ.α., δεν κρίθηκε απαραίτητο να προσομοιωθούν από την παρούσα διπλωματική, αλλά ενσωματώθηκαν στον προσομοιωτή μόνο σε θεωρητικό επίπεδο. Εικόνα 26 - Είσοδος στη σελίδα των συντελεστών της ιστοσελίδας 30

32 Όσον αφορά το τμήμα της θεωρητικής μελέτης στην ιστοσελίδα, ένας χρήστης μπορεί να βρει μία βασική εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπία και την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και πληροφορίες για το μικροσκόπιο JEOL JSM 5900LV και τον τρόπο χρήσης του. Τέλος, υπάρχει και μία σελίδα στην οποία μπορεί κανείς να δει το σκοπό δημιουργίας της ιστοσελίδας και τις απαραίτητες αναφορές στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, το εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών και τον επιβλέποντα καθηγητή της διπλωματικής εργασίας, κύριο Γεώργιο Λιτσαρδάκη. ΕΙΣΟΔΟΣ ΧΡΗΣΤΗ ΣΤΟΝ ΠΡΟΣΩΜΟΙΩΤΗ Το αριστερό κουμπί στην εισαγωγική σελίδα εισάγει τον χρήστη στον προσομοιωτή του μικροσκοπίου. Στο δεξί μέρος της σελίδας υπάρχει ένας λευκός χώρος στον οποίο αργότερα θα εμφανιστεί η εικόνα του δείγματος, ενώ στα αριστερά, υπάρχει ο «πίνακας ελέγχου» του προσομοιωτή με τον οποίο θα πρέπει να αλληλοεπιδρά ο χρήστης κατά την παραμονή του στην ιστοσελίδα. Εικόνα 27 - Ο πίνακας ελέγχου του προσομοιωτή Όπως φαίνεται στις παραπάνω εικόνες, ο πίνακας ελέγχου αποτελείται από τον κεντρικό διακόπτη ON/OFF του μικροσκοπίου, διάφορα κουμπιά, dropdown menus και sliders, τα οποία προσομοιώνουν τις διάφορες πραγματικές λειτουργίες και το κουμπί με το οποίο μπορεί να επιστρέψει οποιαδήποτε στιγμή στην εισαγωγική σελίδα. Φυσικά, η διεπαφή του πραγματικού μικροσκοπίου διαφέρει πολύ από τη διεπαφή που προσφέρεται μέσω της ιστοσελίδας, καθώς θεωρήθηκε πιο σημαντικό να δημιουργηθεί ένα πιο φιλικό προς το χρήστη περιβάλλον, σύμφωνο με τις πρόσφατες τάσεις σχεδιασμού ιστοσελίδων. Μόλις ανοίξει η σελίδα, ο χρήστης καλωσορίζεται στον προσομοιωτή, ενημερώνεται για τον τρόπο λειτουργίας και προτρέπεται να ανοίξει το μικροσκόπιο. 31

33 Εικόνα 28 - Modal καλωσορίσματος στον προσομοιωτή Μόλις ο χρήστης πατήσει τον κεντρικό διακόπτη του μικροσκοπίου, ενεργοποιείται το μικροσκόπιο και εμφανίζεται και πάλι ένα παράθυρο που τον ενημερώνει για το επόμενο βήμα που θα πρέπει να ακολουθήσει. Εικόνα 29 - Το μικροσκόπιο ενεργοποιήθηκε Αφού ο χρήστης πατήσει το πλήκτρο [VENT] θα πρέπει να περιμένει μέχρι να ολοκληρωθεί ο αερισμός του θαλάμου και στη συνέχεια, θα εμφανιστεί ένα παράθυρο για να επιλέξει το δείγμα που θα ήθελε να παρατηρήσει. Έπειτα, θα προτραπεί να ξεκινήσει την 32

34 εκκένωση του θαλάμου με το πάτημα του πλήκτρου [EVAC] και θα πρέπει και πάλι, να περιμένει να ολοκληρωθεί η διαδικασία. Εικόνα 30 - Modal αναμονής ολοκλήρωσης διαδικασίας Ένας χρήστης μπορεί αυτή τη στιγμή να επιλέξει μόνο ανάμεσα στα πέντε δείγματα που προσφέρονται από τον προσομοιωτή. Μελλοντικά, μπορεί να προστεθούν περισσότερα δείγματα ή να δοθεί η δυνατότητα «ανεβάσματος» μίας εικόνας δείγματος από τον υπολογιστή του χρήστη. Εικόνα 31 - Modal για την επιλογή δείγματος 33

35 Εικόνα 32 - Το δείγμα τοποθετήθηκε στο θάλαμο Αφού ολοκληρωθεί και η εκκένωση του θαλάμου, ο χρήστης θα πρέπει να επιλέξει τιμές για τα Accelerating Voltage, Spot Size και Working Distance και να ενεργοποιήσει τη δέσμη ηλεκτρονίων με το πάτημα του πλήκτρου [HT Ready]. Σε αυτό το σημείο δεν προσφέρονται στο χρήστη περισσότερες πληροφορίες για τα κριτήρια με τα οποία θα πρέπει να επιλέξει τις παρακάτω τιμές. Αυτές τις πληροφορίες μπορεί να τις βρει στο θεωρητικό τμήμα της ιστοσελίδας. Διαφορετικά, είναι επιθυμητό στο συγκεκριμένο σημείο ο χρήστης, να δοκιμάσει τις διάφορες τιμές και να ανακαλύψει από μόνος του πως αυτές επηρεάζουν την τελική εικόνα του δείγματος. Μόλις λοιπόν ενεργοποιηθεί η δέσμη ηλεκτρονίων, εμφανίζεται η εικόνα του δείγματος στον κενό χώρο στα αριστερά της σελίδας και ο χρήστης μπορεί πλέον να την επεξεργαστεί. Εικόνα 33 - Η δέσμη ηλεκτρονίων ενεργοποιήθηκε και εμφανίστηκε η εικόνα Μέχρι το σημείο αυτό ο χρήστης δεν είχε ελευθερία στις κινήσεις του καθώς μπορούσε είτε να ακολουθήσει την προτεινόμενη διαδικασία, είτε να εξέλθει από τον προσομοιωτή. Από τη στιγμή που εμφανίζεται όμως η εικόνα στην οθόνη του χρήστη, μπορεί να επεξεργαστεί 34

36 ελεύθερα τη φωτεινότητα, την αντίθεση, την εστίαση και τη μεγέθυνσή της και να αλλάξει τις τιμές των Accelerating Voltage, Spot size και Working Distance, ώστε να συμπεράνει μόνος του πώς οι διαφορετικές τιμές επηρεάζουν την εικόνα. Ακόμα, δίνονται στον χρήστη τρία κουμπιά για την αυτόματη ρύθμιση της φωτεινότητας, της αντίθεσης και της εστίασης της εικόνας. Εικόνα 34 - Η επεξεργασμένη εικόνα του δείγματος Τέλος, δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να αποθηκεύσει την υπό παρατήρηση εικόνα και οποιαδήποτε στιγμή το επιθυμεί, είτε να κλείσει το μικροσκόπιο, είτε να ξεκινήσει τη διαδικασία αλλαγής δείγματος με το πάτημα του κουμπιού [Specimen Exchange]. Εικόνα 35 - Εκκίνηση διαδικασίας αλλαγής δείγματος 35

37 ΕΙΣΟΔΟΣ ΧΡΗΣΤΗ ΣΤΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΤΜΗΜΑ Το κεντρικό κουμπί στην εισαγωγική σελίδα εισάγει τον χρήστη στο θεωρητικό τμήμα της ιστοσελίδας. Το τμήμα αυτό έχει σχεδιαστεί ώστε να μπορέσει ένα δυνητικός χρήστης να αποκτήσει το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο και να κατανοήσει το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης JEOL JSM 5900LV και τη διαδικασία λειτουργίας του. Εικόνα 36 - Modal καλωσορίσματος στο θεωρητικό τμήμα Όπως μπορεί να διαβάσει και ο χρήστης, με την είσοδό του στο θεωρητικό τμήμα της ιστοσελίδας, συστήνεται, για την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του μικροσκοπίου και, κατ επέκταση, για την αποδοτικότερη χρήση του προσομοιωτή του, να μελετήσει πρώτα τις ενότητες που παρατίθενται στα αριστερά της σελίδας. Οι ενότητες που θεωρήθηκε απαραίτητο να προστεθούν στην ιστοσελίδα, είναι οι παρακάτω: 1. Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης 2. Τα συστατικά μέρη ενός ΗΜΣ 3. Αρχή λειτουργίας ενός ΗΜΣ 4. Σχηματισμός εικόνας σε ένα ΗΜΣ 5. Το μικροσκόπιο Jeol JSM 5900LV 6. Διαδικασία χειρισμού μικροσκοπίου 7. Παρατήρηση εικόνας και εξειδικευμένες ρυθμίσεις 36

38 Εικόνα 37 - Θεωρητική ενότητα "Τα συστατικά μέρη ενός ΗΜΣ" Τα πρώτα τρία κεφάλαια προσφέρουν στο χρήστη μία σφαιρική γνώση για την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης, τα επόμενα δύο του παρουσιάζουν το μικροσκόπιο της Jeol γύρω από το οποίο κατασκευάστηκε η ιστοσελίδα και ο προσομοιωτής, και το τελευταίο κεφάλαιο περιλαμβάνει κάποιες πιο εξειδικευμένες ρυθμίσεις και πως αυτές επηρεάζουν την εικόνα του δείγματος, ώστε ο χρήστης να μπορέσει να βγάλει τα κατάλληλα συμπεράσματα. Όλη η θεωρία που υπάρχει στην ιστοσελίδα, βρίσκεται ενσωματωμένη και στα αρχικά θεωρητικά κεφάλαια του παρόντος εγγράφου και η βιβλιογραφία από την οποία αντλήθηκε, παρατίθεται στο τέλος της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Εικόνα 38 - Θεωρητική ενότητα "Το μικροσκόπιο Jeol JSM 5900LV 37

39 4.2 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΚΩΔΙΚΑ ΤΗΣ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑΣ Η ιστοσελίδα δημιουργήθηκε με τη βοήθεια του επεξεργαστή κειμένου Sublime Text και τις γλώσσες HTML5, CSS3, JavaScript και jquery. Ακόμα, χρησιμοποιήθηκαν εργαλεία όπως το Bootstrap για την προσαρμογή της εμφάνισης της ιστοσελίδας και το CamanJS για την δημιουργία των απαραίτητων φίλτρων για την επεξεργασία της εικόνας O κώδικας αποτελείται από 4 αρχεία.html και τα αντίστοιχα.css και.js αρχεία, τα αρχεία bootstrap-toggle.min.css και bootstrap-toggle.min.js τα οποία περιέχουν το styling του κεντρικού διακόπτη του προσομοιωτή και το αρχείο input-range.css που περιέχει τον κώδικα του styling των slider του προσομοιωτή όπως προέκυψε από την ιστοσελίδα {CSS} Portal Εισαγωγική σελίδα (intro.html) Η κατασκευή της σελίδας αυτής δεν παρουσιάζει κάποιο ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Αποτελεί μια στατική σελίδα με τον τίτλο της στο επάνω μέρος τοποθετημένο σε ένα Bootstrap Jumbotron και τρία κουμπιά στο κέντρο της. Τα κουμπιά αυτά αποτελούν link με εικόνες αντί για κείμενο και με την προσθήκη ενός :hover styling, ώστε να υπάρχει ένα μικρό εφέ, όταν ένας χρήστης διατρέχει την εικόνα με τον κέρσορα. Inside intro.html: <div class="col-sm-2 text-center"> <a class="btn btn-link" href="sem_theory.html" role="button"> <img src="img/book.png" class="img-circle responsive-img my-buttons"> </a> </div> Inside intro.css:.my-buttons{ max-height: 200px; }.my-buttons:hover{ max-height: 205px; } Προσομοιωτής (virtual_sem.html) Η συνολική διάταξη της σελίδας αυτής βασίζεται στο σύστημα πλέγματος του Bootstrap. Ολόκληρη η σελίδα αποτελεί στην ουσία μία γραμμή η οποία καταλαμβάνει το 100% του ύψους του παραθύρου και χωρίζεται σε δύο στήλες. Η αριστερή στήλη χρησιμοποιείται για τον πίνακα ελέγχου του προσομοιωτή και η δεξιά για την προβολή της εικόνας του δείγματος. ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ - SIDEBAR Ο πίνακας ελέγχου κατασκευάστηκε ως μία μη αριθμημένη λίστα <ul> και κάθε ένα από τα επιμέρους τμήματα του πίνακα ελέγχου αποτελεί στοιχείο της λίστας, <li>. Τα κουμπιά σχεδιάστηκαν ως <button> tags της HTML5, τα dropdown menu είναι <select> tags και τα sliders <input> τύπου range. 38