Mikroskop Elektron dan peranannya dalam Teknologi Nano

By | March 24, 2011

Teknologi nano yang merujuk kepada struktur bahan atau system berskala sekecil satu nanometer (1 nm=1 per billion meter) memang tidak terlepas dari dibicarakan di dalam dunia sains dan teknologi. Bila bercakap tentang teknologi nano pernah aku perkenalkan sebelum ini silaa rujuk di: Apa itu nanoteknologi. Namun di sini aku ingin menengahkan mengenai peralatan yang penting untuk melihat struktur atau bahan yang tersangatlah kecil dan tidak dapat dilihat oleh mata kasar. Mari kita tinjau pekembangan mikroskop berkuasa tinggi yang benar2 mampu melihat bahan atau struktur bersaiz sehingga skala nanometer.

Perkataan Mikroskop (microscope) adalah berasal dari dua perkataan Yunani iaitu “micron” yang bermaksud kecil dan “scopos” yang bererti tujuan. Pergabungan kedua2 ayat ini maka wujudlah perkataan mikroskop. Seperti kita tahu alatan ini adalah bertujuan untuk melihat bahan dan objek2 kecil yang tidak dapat dilihat oleh mata kasar.

Sejarah

Menurut sejarah, mikroskop pertama di dunia dicipta oleh keluarga Janssen dari Jerman iaitu Hans Janssen dan anaknya Zacharias Janssen pada tahun 1590. Penemuan itu mendorong saintis terkenal Galileo Galilei dari Itali membangunkan alat yang sama. Galileo Galilei menyiapkan ciptaan mikroskop beliau pada tahun 1609 yang dikenali dengan nama “Mikroskop Galileo”. Mikroskop ini menggunakan kanta optik dan lebih dikenali dengan nama mikroskop optik yang memiliki kemampuan terbatas dalam membesarkan imej-imej objek yang dilihat. Hal ini disebabkan oleh kemampuan pembelauan cahaya yang digunakan untuk mengamati objek yang  ditentukan oleh panjang gelombang cahaya masuk. Secara teori, panjang gelombang ini hanya terbatas sekitar 200 nanometer. Oleh itu, mikroskop yang berasaskan optik tidak dapat membesarkan imej yang berada di bawah julat saiz 200 nanometer.

Mikroskop Elektron

Imej seekor semut membawa mikrocip di bawah Mikroskop Imbasan Elektron

Bagi melihat objek yang bersaiz lebih kecil dari 200 nanometer, sebuah mikroskop bersama kepanjangan gelombang cahaya yang lebih pendek amat diperlukan. Dengan wujudnya idea ini, iaitu pada tahun 1932 mikroskop elektron telah dicipta. Mikroskop elektron  menggunakan sinar elektron dengan panjang gelombangnya yang lebih pendek dari panjang gelombang cahaya. Maka dengan itu, mikroskop elektron berkeupayaan membesarkan objek yang dikenali sebagai resolusi imej yang lebih tinggi berbanding mikroskop optik.

Kanta juga digunakan di dalam penggunaan  mikroskop elektron ini. Kanta yang digunakan tidaklah jenis kaca sepertimana  pengunaan di dalam mikroskop optic. Dengan sifat medan magnet  yang terdapat di dalam kanta ini ianya boleh mengawal dan mempengaruhi elektron yang melaluinya  sehinggakan mampu berfungsi  menggantikan akan sifat kanta pada mikroskop optic. Salah satu keadaan yang amat diperlukan bagi mikroskop elektron ini  adalah ruang vakum. Sesuatu keadaan dalam vakum diperlukan bagi menghalang pecutan elektron itu berlanggaran dengan molekul2 lain yang berada di dalam ruangan bebas udara adalah gangguan fungsi utama mikroskop elektron.

Terdapat dua jenis mikroskop elektron yang utama iaitu Mikroskop Transmisi Elektron (TEM) dan Mikroskop Imbasan Elektron ( SEM). TEM mula di perkenalkan oleh dua saintis Jerman iaitu Ernst Ruska dan Max Knoll pada tahun 1932. Pada waktu itu, Ernst Ruska merupakan penuntut PhD dibawah bimbingan Max Knoll. Penemuan TEM ini telah melayakkan Ernst Ruska menerima Hadiah Nobel bidang fizik pada tahun 1986.

1.       Pengoperasian TEM berperinsipkan dimana melibatkan tembakan elektron ke lapisan nipis sampel dari senapang elekron seterusnya maklumat mengenai komposisi sampel terbabit akan dapat di kesan dari analisis sifat hentaman, pantulan dan fasa sinar elektron yang menembusi sampel tersebut. Sifat pantulan sinar elektron itu juga dapat dikenalpasti struktur dan orientasi hablur sampel tersebut. Seterusnya untuk analisis yang lebih mendalam, susunan struktur atom dan kesan kecacatan ( defect ) pada hablur sampel juga akan dapat dikesan. Dalam pengamatan objek menggunakan TEM ini, sampel yang hendak dianalisis perlu dinipiskan terlebih dahulu sehingga mencapai saiz kurang dari 100 nanometer ketebalannya. Bagi penyediaan proses sampel TEM adalah memerlukan pmerhatian yang khusus dan hanya peralatan tertentu sahaja yang boleh digunakan untuk menyediakannya. Dalam penghasilan peranti mikroelektronik, TEM sering digunakan untuk melihat keratan rentas peranti berikutan sifat kristal yang ada pada peranti mikroelektronik. Dalam suatu keadaan lain, TEM juga digunakan untuk melihat permukaan dari sesebuah peranti.

2.       Sedikit berbeza dengan TEM, SEM juga telah dibangunkan oleh saintis Jerman pada tahun 1938 iaitu Manfred Von Ardenne. Konsep asas SEM ini juga sebenarnya disampaikan oleh Max Knoll pada tahun 1935. Prinsip operasi SEM berbeza dengan TEM kerana elektron hanya akan mengimbas permukaan sampel seterusnya maklumat yang diperolehi hasil dari imbasan tersebut akan dipancarkan dalam bentuk imej. Secara ringkas, imej yang terhasil adalah seperti imej skrin televisyen yang kita tonton.

Cara imej terbentuk pada SEM berbeza dengan imej yang terhasil dalam TEM. Dalam SEM, imej terhasil ini adalah berdasarkan elektron sekunder atau pantulan elektron yang muncul pada permukaan sampel ketika sampel tersebut diimbas dengan sinaran elektron. Isyarat dan amplitud dari elektron sekunder dan elektron pantulan yang terhasil seterusnya akan diperbesarkan dan ditampilkan dengan imej cerah-gelap pada layar tiub sinar katod (CRT). Pada monitor CRT inilah imej objek yang telah dibesarkan beberapa ratus sehingga ribu kali ganda akan ditampilkan. Dalam SEM, penyediaan sampel tidak serumit TEM yang perlu dinipiskan sehingga kurang dari 100 nanometer. Oleh itu, SEM mempunyai resolusi tinggi yang dapat mengamati objek berukuran nanometer.

Apapun masih terdapat kelemahan pada SEM, iaitu tahap resolusi tinggi hanya berkesan sekiranya imbasan dilakukan secara horizontal berbanding vertikal. Kelemahan ini telah mendorong penciptaan mikroskop beresolusi tinggi yang baru sejak tahun 1970-an lagi. Mikroskop yang dikenali dengan Mikroskop Prob Imbasan  (SPM) mempunyai resolusi tinggi baik secara horizontal mahupun vertikal. Mikroskop ini mempunyai prinsip kerja yang berbeza dari TEM dan SEM. Mikroskop-mikroskop lain yang tergolong dalam kumpulan SPM ini terdiri dari Mikroskop Penerowongan Imbasan (Scanning Tunneling Microscope,  STM), Mikroskop Daya Atom (Atomic Force Microscope, AFM) dan juga Mikroskop Optik Imbasan Medan-Dekat, (Scanning Near-Field Optical Microscope, SNOM). Mikroskop dalam kategori ini banyak digunakan dalam penyelidikan teknologi nano yang begitu pesat dibangunkan pada masa kini.

20 thoughts on “Mikroskop Elektron dan peranannya dalam Teknologi Nano

    1. hazlan Post author

      huhuhu… rasanya dah wujud mikrochip lagi kecik dari tu……..

      Reply
        1. hazlan Post author

          tu la tu manusia memang suka mencipta… baik yang buruk dan yang baik… ada je nak di hasilkannya…

          Reply
    1. hazlan Post author

      tak pernah sentuh lagi menda2 ni… peh bro boleh info macam mana cara guna kelak ni…

      Reply
  1. suri

    Mikroskop mmg suka lihat cam perkara..dari saiz kecil sampi besar..

    dulu masa kelas sains amik semut pastu letak Mikroskop bwh dia..sb nak tgok dlm perot semut ada apa..tapi tak dpt tgok sb masa tu tak bawak cermin mata g kelas huu..

    Reply
    1. hazlan Post author

      lahai kesian suri… aku lak try letak jerawat… kekekeke… ada benda gerak2 rupanya….

      Reply
        1. hazlan Post author

          teringin jugak rasanya…. siapalah yang nak offer kita ni erk…

          Reply
    1. hazlan Post author

      memang tak mustahil… pernah tengok kereta prototype dah pun wujud keta berubah2 warna…. tak ingat blog mana ada tunjuk dulu tu… alamak knapa aku ketinggalan cerita knight rider baru ni….

      Reply
    1. hazlan Post author

      teringat juga aku masa dalam kelas sains dulu2… jakun abis masa tu…

      Reply
  2. madlut

    dekat usm tempat saya belajar nie ada SEM dan TEM, masa tahun pertama dulu, kitorang memang belajar pasal mikroskop nie, tp secara teori je lah, sebab memang dorang tak kasi kami sentuh…harga 1 nie pun dah 1.5 (kalau tak silap dari apa yang diberitahu oleh pembantu makmal).

    Reply
    1. hazlan Post author

      huhuhu takut rosak kot… kalau dengan praktikalnya sekali mungkin pelajar lebih memahami…. sepatutnya kena kasi tu… kalau pasal rega aku pun tak pasti… kena rujuk juga ni…

      Reply

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

CommentLuv badge