Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE

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Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
numero 44
                                            LE SCIENZE                                                                aprile 1972
                                            SCIENTIFIC                                                                anno v
                                                                                                                      volume viti
                                            AMERICAN

               Il microscopio elettronico
                      a scansione
       L'esplorazione di un campione con un sottile fascio di elettroni
       sincronizzato col fascio elettronico di uno schermo a raggi catodici
       consente di ottenere eccezionali immagini a tre dimensioni

                                  di Thomas E. Everhart e Thomas L. Hayes

      e immagini ottenute col microsco-     preferenza con campioni sottili visti in     Caratteristiche del microscopio
       pio elettronico a scansione han-     trasparenza o con campioni piatti vi-
TA no avuto negli ultimi anni una           sti in luce riflessa. Questo tipo di mi-         Il microscopio elettronico a scansio-
grande diffusione nelle pubblicazioni       croscopio è utilizzabile per mostrare         ne è in grado di fornire immagini tri-
scientifiche, come pure in periodici ad     la forma di un campione in profondità         dimensionali di oggetti perché, nel mo-
alta tiratura. La caratteristica premi-     solo con piccoli ingrandimenti (grosso        do normale di funzionamento, non re-
nente di queste immagini è la loro ec-      modo al di sotto di 200 diametri).            gistra gli elettroni che attraversano il
cezionale tridimensionalità: esse offro-       Il microscopio elettronico a trasmis-      campione, bensí quelli secondari che
no un senso di realtà che per solito        sione richiede campioni ancora piú sot-       ne vengono emessi a seguito dell'urto
manca nelle microfotografie eseguite        tili del microscopio ottico poiché solo       del fascio di elettroni contro di esso.
con altri metodi, sia che si tratti del-    gli elettroni che emergono dal campio-        Il campione può quindi avere qualsiasi
l'occhio di una mosca o di un globulo       ne col medesimo livello di energia pos-       grandezza e spessore purché sia com-
rosso o di un primo piano di un fram-       sono essere focalizzati dal campo ma-         patibile con le dimensioni della came-
mento di pelle umana.                       gnetico dell'obiettivo su un solo piano       ra a vuoto dello strumento. Non è ne-
   Le microfotografie normali ottenute      immagine. Nella maggior parte dei ca-         cessario che gli elettroni secondari ven-
con un microscopio di tipo ottico o di      si, quindi, vengono utilizzati per la for-    gano focalizzati essendo sufficiente rac-
tipo elettronico convenzionale (spesso      mazione dell'immagine gli elettroni che       coglierli; inoltre, poiché l'inviluppo del
chiamato anche microscopio elettroni-       sono stati deflessi, ma che non hanno         raggio incidente ha la forma di un sot-
co a trasmissione) sono immagini a          subito variazioni nel livello energetico.     tile ago, lo strumento possiede una
due dimensioni. Ciò che vi si scorge è      Se gli elettroni emergessero con un           grande profondità di campo. Anche il
un disegno formato da aree chiare e         ampio spettro di livelli energetici, su-      microscopio elettronico a trasmissione
scure prodotte dal passaggio della luce     birebbero deflessioni differenti nel pas-     presenta tale caratteristica, ma la sua
o degli elettroni attraverso un sottile     saggio attraverso le lenti magnetiche e       profondità di campo effettiva è forte-
strato del campione. Il microscopio ot-     l'immagine risulterebbe confusa.              mente limitata dalla sottigliezza del
tico presenta un'immagine a due di-            Se una discreta frazione degli elet-       campione.
mensioni perché possiede una profon-        troni deve emergere mantenendo inal-             Col microscopio elettronico a scan-
dità di campo estremamente limitata, il     terata la propria energia è necessario        sione si può ottenere un'ampia gamma
che vuol dire che esso può essere mes-      che il campione sia molto sottile an-        'di ingrandimenti: da quelli ottenibili
so a fuoco con precisione solo su un        che quando si usano fasci di elettroni        con un normale microscopio ottico o
piano. Se il campione è sufficiente-        con energie dell'ordine di 50 000 o           con una comune lente di ingrandimen-
mente trasparente è possibile metterne      100 000 elettronvolt. I campioni per i        to, fino ai più spinti ingrandimenti di
a fuoco strati situati a varie profondi-    microscopi elettronici a trasmissione         un microscopio elettronico a trasmis-
tà; poiché però il materiale al tdi sopra   hanno quindi uno spessore che di nor-         siDne. Il microscopio ottico possiede un
e al di sotto del piano focale iiduce la    ma non supera i 500 angstrom, ovvero          potere risolutivo massimo compreso fra
luminosità rendendo confusa l'imma-         circa un millesimo del diametro di una        2000 e 3000 angstrom, cioè non è in
gine, al microscopio ottico si lavora di    cellula vivente.                              grado di distinguere due punti la cui

                                                                                                                                 13
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
distanza relativa è inferiore a 2000 o        due e cinque angstrom: il loro mas-           giungere un potere risolutivo molto vi-           di campione e dalla risoluzione deside-                                  VF                 VA
3000 angstrom (pari a mezza lunghez-          simo ingrandimento effettivo supera           cino a 100 angstrom.                              rata. Il rivestimento può essere para-
za d'onda della luce blu o arancione).        quindi il milione di diametri. Il micro-         L'ampia gamma di ingrandimenti del             gonato a uno strato di neve che copre                                                                        GENERATORE
L'ingrandimento massimo effettivo del         scopio elettronico a scansione può es-        microscopio elettronico a scansione,                                                                                                                           DI SCANSIONE
                                                                                                                                              il terreno: uno strato sottile nasconde       CATODO
microscopio ottico è di circa 1000 dia-       sere usato con ingrandimenti compre-          unita con la facilità di passare da un            solo i sassi di piccole dimensioni, uno
metri e anche se è possibile ottenere         si fra 15 e circa 100 000 diametri, seb-      valore di ingrandimento a un altro,               più spesso ricopre le pietre, e uno spes-
ingrandimenti più forti, l'immagine di-       bene l'immagine inizi a sfocarsi al di        rende facile « zoomare » da un'imma-              sore molto forte può, in montagna,
viene indistinta e non fornisce maggio-       sopra di 20 000 diametri. La maggior          gine di insieme a un'immagine che mo-             seppellire perfino la case. È possibile     GRIGLIA
ri informazioni.                              parte dei costruttori garantisce un po-       stra i dettagli più particolareggiati. Al         che uno strato sia troppo sottile, come
   I migliori microscopi a trasmissione       tere risolutivo di 200 angstrom, ma           contrario però degli obiettivi « zoom »           per esempio quando non riesce a co-
hanno una risoluzione compresa fra            con certi tipi di campione si può rag-        che hanno la lunghezza focale e quin-             prire zone leggermente protette (ana-
                                                                                            di la profondità di campo variabile               loghe al terreno sotto gli alberi) che      FASCIO                                                      TUBO A RAGGI CATODICI
                                                                                            (come si può constatare nelle riprese             possono però essere ugualmente espo-
         SORGENTE DI ELETTRONI                         SORGENTE DI ELETTRONI                televisive delle partite di calcio), l'o-         ste al raggio incidente di elettroni. Lo
                                                                                            biettivo del microscopio elettronico a            spessore dello strato di rivestimento           LENTE
                                                                                            scansione mantiene invariate lunghez-                                                         MAGNETICA
                                                                                                                                              necessario è compreso fra circa 50 ang-
                                    LENTI MAGNETICHE                                        za focale e profondità di campo duran-            strom, per osservazioni con i maggiori
                                                                                            te la transfocalizzazione. Gli oggetti os-        poteri risolutivi, e poche centinaia di
                                                                                            servati al microscopio elettronico a              angstrom, per osservazioni con ingran-
                                                                                            scansione con un ingrandimento di 15              dimenti minori.
                                                                                            diametri assomigliano molto a come                   I tessuti biologici richiedono una
                                                                                            appaiono se visti attraverso una forte            preparazione particolare. Il tessuto de-
                                                                                            lente di ingrandimento o un microsco-             ve anzitutto essere fissato, per mante-
                                                                                            pio a debole ingrandimento. Tuttavia,             nere le cellule e le altre parti in posi-   BOBINA DI DEFLESSIONE
                                                                                            nel microscopio ottico la profondità di           zione durante le fasi successive della
                                                                                            campo diminuisce costantemente con                preparazione, deve poi essere disidra-                                            I cD           \In
                                                                                            l'aumentare dell'ingrandimento e,                                                                                                                    NN
                                                                                                                                              tato ed essiccato, montato su un sup-                 ///
                                                                                            quando questo raggiunge circa 1000                porto e rivestito di metallo. A que-
                                                                                            diametri, cessa l'aumento del potere              sto punto è pronto per l'esame al
                                                                                            risolutivo dei dettagli. Nel microsco-            microscopio.
                                                                             APERTURA       pio elettronico a scansione l'aumento
                                                                                            dell'ingrandimento non è accompagna-              Come si forma l'immagine
                                                                                            to dalla diminuzione della profondità
                                                                                            di campo e l'aumento della risoluzione
                                                                                            dei dettagli cessa quando l'ingrandi-
                                                                                                                                                 I primi microscopi elettronici a scan-
                                                                                                                                              sione vennero costruiti a metà degli
                                                                                                                                                                                             LENTE
                                                                                                                                                                                          MAGNETICA -                                                         ///
                                                                              BOBINE DI     mento raggiunge i 20 000 diametri cir-            anni '30 in Germania da M. Knoll e
                                                                             SCANSIONE
                                                                                            ca. Per ingrandimenti più forti il se-
                                                                                                                                              poco più tardi da Manfred von Arden-
                                                                                            gnale proveniente da una certa area               ne. All'inizio degli anni '40 Vladimir
                                                                                            del campione ha un livello statistica-            Zworykin e i suoi collaboratori della
                                                                                            mente superiore, anche se di poco, al
                                                                                                                                              RCA ne costruirono una versione mi-
                                                                                            « rumore » proveniente dalla stessa
                                                                                                                                              gliorata. Questi strumenti non erano                                                                         AMPLIFICATORE
                                                                                            area: si possono raggiungere cosí nor-                                                                                                                             VIDEO
                                 APERTURA                                                                                                     in grado di rappresentare le immagini
                                                                                            malmente ingrandimenti utili fino a
                                                                                                                                              in tre dimensioni, caratteristica degli     CAMPIONE
                                                                                             100 000 diametri.
                                                                                                                                              attuali microscopi elettronici a scansio-
                                                                                               Per il microscopio elettronico a scan-
                                                                                                                                              ne, poiché la rivelazione del segnale e
                                                                                            sione la preparazione dei campioni elet-          i processi di amplificazione non erano
                                                               CAMPIONE
                                                                                            tricamente conduttori, non essendo ne-
                                                                                                                                              stati sufficientemente ben compresi.                                           COLLETTORI
                                                                                            cessario che siano in strati sottili, è di
                                                        COLLETTORE DEGLI ELETTRONI                                                               Alla fine degli anni '40 Dennis
                                                                                            solito assai più semplice che per il mi-
                                                                                                                                              McMullan, con la supervisione di C.
                                                                                            croscopio ottico o per quello elettroni-
                                                                                                                                              W. Oatley, costruí all'Università di
                                                                                            co a trasmissione. Il campione condut-
                                                                                                                                              Cambridge una versione assai perfezio-
                                                                                            tore può essere semplicemente incolla-
                                                                                                                                              nata del microscopio elettronico a
                                                                                            to al portaoggetto (spesso con una ver-                                                       Il microscopio elettronico a scansione è sostanzialmente un sistema televisivo a circui.
                                                                                                                                              scansione. Egli dotò il sistema collet-
                                                                                            nice conduttrice a essiccazione rapida)                                                       to chiuso di una certa complessità nel quale il campione viene illuminato da un punto
                                                                                                                                              tore di un moltiplicatore amovibile de-
                                                                                            e piazzato all'interno del microscopio.                                                       mobile di elettroni. Il fascio di elettroni viene prodotto da un catodo in tungsteno ri.
                                                                                                                                              gli elettroni secondari e lo situò in una   scaldato dalla corrente JF e tenuto a un potenziale fortemente negativo. Gli elettroni
                                                                                            Occorre una breve attesa di circa due                                                         emessi dal catodo sono accelerati da una griglia e da un anodo che è tenuto a massa.
                SCHERMO                                 TUBO A RAGGI CATODICI                                                                 posizione più efficace di quella scelta
                                                                                            minuti per aspirare i gas contenuti nel-                                                      Questo sistema di elettrodi viene chiamato cannone elettronico. Un sistema di lenti ma.
                                                                                                                                              nel dispositivo della RCA. Il progetto
                                                                                            la camera.                                                                                    gnetiche rimpicciolisce il fascio elettronico (si veda l'illustrazione in alto nella pagina
Negli schemi qui riportati vengono messi a confronto i due tipi di microscopio elettro-                                                       di McMullan venne ulteriormente per-        seguente). Facendo passare una corrente variabile 'CD nella bobina di deflessione si ot-
nico. Il microscopio elettronico a trasmissione (a sinistra) assomiglia assai da vicino a      I campioni non conduttori d'elettri-
                                                                                                                                              fezionato in seguito da altri ricercato-    tiene il movimento del fascio sul campione come in uno schermo televisivo. Il rappor-
un microscopio ottico convenzionale. Il campione è illuminato con continuità su tutta       cità richiedono invece una preparazio-                                                        to fra la corrente ho e la corrente ID nella bobina di deflessione del tubo a raggi cato-
l'area da un fascio collimato di elettroni, che viene diffuso passando attraverso il cam-                                                     ri. Il primo microscopio elettronico a
                                                                                            ne alquanto più complessa. Sul cam-                                                           dici determina l'ingrandimento del microscopio. Negli strumenti commerciali l'ingran-
pione e poi focalizzato da una lente magnetica per produrre un'immagine del campione                                                          scansione di tipo commerciale fu svi-
                                                                                            pione, dopo il montaggio, viene fatto                                                         dimento può di solito variare con continuità all'incirca fra 15 e 100 000 diametri. Quan-
stesso su uno schermo fluorescente. Nel microscopio elettronico a scansione la sorgente                                                       luppato sulla base dei progetti di Cam-     do il fascio primario di elettroni colpisce il campione, genera degli elettroni secondari
è riflessa sul campione da una lente magnetica; il piccolo pennello di elettroni formato    evaporare un sottile strato di metallo
                                                                                                                                              bridge e il suo prototipo venne presen-     il cui numero dipende dalla geometria e da altre proprietà del campione stesso. Gli
in questa maniera viene deflesso da bobine di scansione per illuminare il campione          (di solito oro) che ha il compito di                                                          elettroni secondari, raccolti da un collettore (a), sono di norma impiegati per produr-
punto per punto in tempi successivi (Ti , T2, T3 ). Gli elettroni secondari che si gene-                                                      tato nel 1963.
                                                                                            mantenere la superficie a potenziale                 Il microscopio elettronico a trasmis-    re una microfotografia elettronica a scansione. Tuttavia anche gli elettroni diffusi al-
rano nel punto ove il fascio primario colpisce il campione, vengono raccolti da un                                                                                                        l'indietro e i fotoni emessi dal campione sotto il bombardamento elettronico possono
collettore per produrre un segnale elettrico. Questo a sua volta modula l'intensità di un   elettrico costante. Lo spessore del ri-           sione è del tutto analogo al normale
fascio elettronico su uno schermo televisivo percorso in sincronia col fascio primario.     vestimento metallico dipende dal tipo                                                         essere usati a loro volta per produrre un'immagine. Altri tipi di immagine possono
                                                                                                                                              microscopio ottico, ma raggiunge un         però essere prodotti da elettroni trasmessi (b) e da correnti indotte nel campione (c).

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                                                                                                                                         C)
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
potere risolutivo di gran lunga maggio-          smissione, come nel microscopio otti-                                            di elettroni; l'immagine risultante vie-                                                                                                                                                   o
re perché gli elettroni accelerati da un         co, il campione è illuminato contempo-                                           ne formata con una tecnica a divisio-
potenziale di 100 000 volt hanno una             raneamente in ogni suo punto. Il pe-                                             ne di tempo analoga a quella impiega-
lunghezza d'onda assai più breve (0,4            riodo di tempo durante il quale il cam-                                          ta nella televisione commerciale. Vi
angstrom) della luce visibile (4000 ang-         pione può essere esaminato è limitato                                            sono però due differenze sostanziali:
strom). Un principio ben noto in mi-             dal danno che gli può essere arrecato                                            in primo luogo l'immagine televisiva
croscopia è che quanto più breve è la            e dalla variazione delle prestazioni del-                                        standard è costruita da 625 linee oriz-
lunghezza d'onda impiegata, tanto più            lo strumento: l'immagine può però es-                                            zontali, mentre quella prodotta dal mi-                                      BOBINA                          BOBINA
alto è il potere risolutivo. Quest'ultimo        sere vista nella sua completezza in                                              croscopio elettronico a scansione può                                        DELLA LENTE                 DELLA LENTE
può anche essere limitato da aberra-             qualsiasi istante. Essa viene presentata                                         contenere un numero di linee variabi-
zioni delle lenti e da altri effetti che         su uno schermo fluorescente o inviata                                            le da 100 a oltre 1000. L'esplorazione
consentono di raggiungere nei migliori           direttamente su una lastra fotografica                                           più dettagliata è usata per le microfo-                                                                                                                 ESPANSIONE                             ESPANSIONE
microscopi elettronici a trasmissione            per ottenerne una microfotografia.                                               tografie. In secondo luogo la velocità                                                                                                                    POLARE                                 POLARE
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I             I
un potere risolutivo compreso fra due               Nel microscopio elettronico a scan-                                           di scansione è spesso molto inferiore                                                                                                                                  I         ri
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I          I
e cinque angstrom.                               sione il campione viene esplorato se-                                            a quella della televisione; il motivo è
  Nel microscopio elettronico a tra-             quenzialmente da un fascio focalizzato                                           da ricercare nel fatto che è difficile fo-                                                                                                                             I               I
                                                                                                                                  calizzare un gran numero di elettroni                                                                                                                                   I            I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                           I           I
                                                                                                                                  in un'area del diametro di appena 100                                                                                                                                     I         I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                             I       I
                                                                                                                                  angstrom. Il pennello di elettroni deve                                                                                                                                     I     I
                                                                                                                                  quindi soffermarsi su ciascuno dei pun-                                                                                                                                      I    I
                                                                                                                                  ti del campione (circa un milione) per
                                                                                                                                  un tempo sufficiente a formare un se.
                                                                                                                                  gnale di elettroni secondari tanto for-
                                                                                                                                                                                                                                       A
                                                                                                                                  te da generare un'immagine effettiva-
                                                                                                                                  mente esente da rumore. Pertanto ciò
                                                                                                                                  che si fotografa sullo schermo del mi-                                                                    \ ESPANSIONE POLARE
                                                                                                                                  croscopio per ottenere una microfoto-                                                CAMPIONE

SORGENTE                                    IMMAGINE 1                                                               IMMAGINE 2
                                                                                                                                  grafia è un'immagine prodotta da un
                                               DELLA                                                                    DELLA     fascio di elettroni che si muove a bas-       La lente finale (simmetrica intorno all'asse che incorpora il            segno a destra mostra come il fascio viene focalizzato sull'og-
                                             SORGENTE                                                                 SORGENTE                                                  sistema di deflessione) è il cuore dell'ottica elettronica di un         getto (linee tratteggiate) e poi deflesso e focalizzato contempo.
                                                                                                                                  sa velocità e che rende possibile, in         microscopio a scansione. Il fascio di elettroni che passa attra-         raneamente (linee continue). Poiché l'angolo cz. di convergenza
Nel microscopio elettronico a scansione è necessario usare un'ottica elettronica atte-                                            corrispondenza di ogni punto, una de-         verso la lente finale (a sinistra) viene allontanato dall'asse da        del fascio è generalmente inferiore a mezzo grado, il diametro
nuante per ridurre la dimensione della sorgente di elettroni da un diametro compre-                                               terminazione statisticamente significa-       una bobina di deflessione (Y) e poi piegato nuovamente verso             del fascio non aumenta apprezzabilmente poco avanti o poco
so fra 25 e 50 micron (da 250 000 a 500 000 angstrom) al diametro di 100 angstrom del                                             tiva del segnale generato. Quantunque         l'asse da una seconda bobina (Y') in modo da incrociare l'asse           dietro il piano di migliore focalizzazione. Ciò assicura al siste-
fascio. L'attenuazione viene ottenuta con l'ausilio di due o più lenti magnetiche in se-                                                                                        stesso in corrispondenza dell'apertura finale (A) con un ango-           ma una profondità di campo tanto grande che le varie parti
rie, ciascuna in grado di ridurre il fascio di un fattore compreso fra 20 e 100. Il risulta-                                      sia possibile aumentare per i controlli       lo O. Lo stigmatore (S) corregge le asimmetrie residue. Il di.           di un oggetto appaiono tutte pressoché ugualmente a fuoco.
to è analogo a quello che si ottiene guardando in un cannocchiale dalla parte sbagliata.                                          visivi la velocità di scansione fino ai
Una gran parte delle radiazioni focalizzate da una lente non riesce a passare attraver-                                           valori usati in televisione, occorre un
so la lente successiva, riducendo cosi il numero di elettroni che raggiunge il campione.                                          tempo di esposizione di parecchi mi-
                                                                                                                                  nuti per ottenere microfotografie ad al-                                  ELETTRONI SECONDARI
                                                                                                                                  ta risoluzione e della migliore qualità.

                                                                                                                                  Anatomia del microscopio                                                           COLLETTORE
                           ASSE DEL FASCIO                                                                                                                                                                                                          FOTOELETTRONE

                                                                                               ESPANSIONE POLARE
                                                                                                                                    Il microscopio elettronico a scansio-                                                    ,SCINTILLATORE
                                                                                               DELLA LENTE FINALE                 ne è costituito da quattro parti princi-                                                                                           ELETTRONI SECONDARI
                                                                                                                                  pali: un sistema ottico-elettronico che
                                                                                                                                  produce il pennello di elettroni che ser-
                                                                                                                                                                                                                              FOTONI
                                                                                                                                  ve all'esplorazione; un campione nel
                                                                                                                                  quale l'azione reciproca fra il materia-                                                                                                                                             AL TUBO A
                                                                                              \ COLLETTORE DEGLI
 ELETTRONI DIFFUSI ALL'INDIETRO                                                                  ELETTRONI DIFFUSI                le di cui è costituito e il fascio di elet-                                                                                                                                         RAGGI CATODICI
                                                                                                ALL'INDIETRO
                                                                                                                                  troni produce l'informazione; un siste-
                                                                                                                                  ma rivelatore che raccoglie gli elettro-
                                                                          ..., ,             `... -.....
                                                                                                                                  ni portatori di informazioni emessi dal
                                                             ...., -..,                 , .., '... ---.                           campione e amplifica il segnale elettri-
                                                                          ...,
                                                                                             `,..
                                                                                                             •••••                                                                                                CONDOTTO DELLA LUCE                                                                               AMPLIFICATORE
                                                                                 ...,
                                                                                                    ......
                                                                                                                                  co risultante, e infine il sistema di pre-                                                                                                                                         ELETTRONICO

                                       CAMPIONE                                                                                   sentazione che colloca sequenzialmen-
                                                                                                                                  te l'informazione all'« indirizzo)> cor-
                                    ELETTRONI SECONDARI                                                                           retto nell'immagine (si veda l'illustra-
                                                                                                                                  zione nella pagina precedente).                            ///         ///                                                                        AAA

                                                                                                                                     Il fascio di elettroni di un microsco-
                                                                                             COLLETTORE DEGLI                     pio elettronico a scansione viene di so-
                                                                                            ELETTRONI SECONDARI
                                                                                                                                  lito generato da un catodo di tungste-
Nei microscopi elettronici a scansione si adoperano due tipi di collettori, uno per gli                                           no a riscaldamento diretto, mantenu-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    //
elettroni diffusi all'indietro e l'altro per gli elettroni secondari. Gli elettroni diffusi al-                                   to a un potenziale negativo il cui va-                                                                                        FOTOMOLTIPLICATORE
l'indietro sono elettroni ad alto livello energetico appartenenti al fascio primario, ma                                          lore normale è di 20 000 volt sotto il
deviati dalla loro traiettoria all'interno del campione. Gli elettroni secondari, prodotti                                                                                      Il sistema di rivelazione e di amplificazione di un microscopio          celerati fino a circa 10 000 voli prima di colpire lo scintillatore,
in prossimità della superficie del campione per l'urto del fascio primario e degli                                                potenziale di massa. Il fascio viene ac-      elettronico a scansione è a bassissimo rumore. L'intensità di            dove ogni elettrone produce molti fotoni; questi sono portati
elettroni diffusi all'indietro, hanno un minor contenuto energetico e sono facil.                                                 celerato e focalizzato da campi elettri-      corrente associata col flusso degli elettroni secondari può esse-        a un fotomoltiplicatore in cui vengono emessi dei fotoelettroni.
mente attratti dal collettore mantenuto a un potenziale positivo di circa 200 voli.                                               ci e magnetici di forma molto ben de-         re di appena 10 ampere. Gli elettroni secondari vengono ac-              Ogni fotoelettrone eccita da 100 000 a 50 milioni di elettroni.

16
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
-1111Iik

                                                                                                                                          finita. Esso deve anche essere ridotto di                                                   FASCIO PRIMARIO DI ELETTRONI
                                                                                                                                          diametro: senza tale operazione infat-
                                                                                                                                          ti il fascio, all'uscita del cannone elet-                                                                   SUPERFICIE DEL CAMPIONE
                                                                                                                                          tronico, avrebbe un diametro compre-
                                                                                                                                          so fra 250 000 e 500 000 angstrom. La
                                                                                                                                          riduzione a 100 angstrom circa viene
                                                                                                                                          ottenuta con delle lenti elettroniche
                                                                                                                                          (ossia con dei campi magnetici) dispo-
                                                                                                                                          ste in modo da riprodurre l'effetto che
                                                                                                                                          si osserva guardando in un cannocchia-
                                                                                                                                          le dalla parte sbagliata (si veda l'illu-
                                                                                                                                          strazione in alto a pagina 16): con-                                                                          CURVE DI UGUALE
                                                                                                                                          seguenza inevitabile di questa riduzio-                                                                       DISSIPAZIONE DI ENERGIA
                                                                                                                                          ne è che una gran parte degli elet-
                                                                                                                                          troni che escono dal cannone elettro-
                                                                                                                                          nico non raggiunge il campione, ma è
                                                                                                                                          intercettata da aperture necessarie per                                7                        6
                                                                                                                                          minimizzare le aberrazioni delle lenti.                                                        il                         SUPERFICIE
                                                                                                                                                                                                                                                                    DEL CAMPIONE
                                                                                                                                          La corrente del fascio elettronico è                                                                —5-50 ANGSTROM
                                                                                                                                          quindi ridotta da circa 10- 4 ampere al-
                                                                                                                                          l'uscita del cannone elettronico, a 10-1°                                                    1,2,3.4
                                                                                                                                          o 10- 12 ampere sul campione (un fascio
                                                                                                                                          dell'intensità di 10- 4 ampere fornisce       Le traiettorie degli elettroni all'interno del campione sono statistiche e possono essere
                                                                                                                                          all'incirca 1015 elettroni al secondo,        quindi previste solo nel loro andamento medio. Nel disegno in alto alcune tipiche
                                                                                                                                                                                        traiettorie sono contrassegnate da 1 a 5. Le varie curve di livello indicano le profondi.
                                                                                                                                          mentre con intensità di 10- 12 ampere         tà alle quali gli elettroni diffusi perdono uguale quantità di energia. La linea di livel.
                                                                                                                                          ne fornisce appena 6 X 106 al secondo).       lo piú esterna, nota come livello di Bohr-Bethe (R B ) indica la massima distanza che
                                                                                                                                             Altre limitazioni fondamentali del-        può essere coperta da un elettrone primario all'interno del campione. La traiettoria 5
                                                                                                                                                                                        rappresenta un elettrone diffuso all'indietro. La probabilità di diffusione all'indietro
                                                                                                                                          l'ottica elettronica e dell'emissione elet-   aumenta col numero atomico del materiale di cui è costituito il campione. Gli elettroni
                                                                                                                                          tronica determinano le principali pre-        secondari possono essere generati in qualsiasi punto lungo il percorso di un elettrone
                                                                                                                                          stazioni del sistema di formazione del-       primario: però solo gli elettroni secondari generati in prossimità della superficie del
Queste microfotografie ottenute con un microscopio elettronico       sociando una tinta a ogni particolare intensità di segnale. Il co.                                                 campione hanno energia sufficiente per sfuggire (6 e 7 nel disegno in basso) e contri-
a scansione rappresentano l'occhio del tenebrione della farina,      lore aiuta a individuare le aree in cui il segnale ha la medesi.     la sonda. Per esempio, le lenti elettro-
                                                                                                                                                                                        buire cosi alla costruzione dell'immagine ottenuta in un microscopio elettronico a scan-
Tribolium confusum, con un ingrandimento di circa 4500 dia.          ma intensità: in questo modo le ripetute piccole variazioni nel-     niche simmetriche intorno all'asse so-        sione. Gli elettroni secondari prodotti da elettroni diffusi all'indietro (7) possono emer-
metri. Le strutture arrotondate sono le singole lenti dell'occhio    le scaglie che circondano l'occhio dell'insetto sono piú evidenti    no associate con aberrazioni intrinse-        gere a una distanza che può anche raggiungere uno o due micron dal punto di ingres-
dell'insetto. Il microscopio usa un sistema di scansione analogo     a colori che in bianco e nero. Queste due microfotografie elet-                                                    so del fascio primario: essi tendono quindi a degradare la risoluzione dell'immagine.
a quello della televisione per produrre delle immagini sullo         troniche a scansione e quelle riportate nell'articolo sono state     che, le principali delle quali sono
schermo di un tubo a raggi catodici. Nell'immagine superiore         eseguite dagli autori all'Università della California a Berkeley.    l'aberrazione sferica e quella cromati-
le variazioni dell'intensità del segnale sono rappresentate da to-   Il tenebrione della farina è uno dei pochi insetti che può esse-     ca, che impongono al progettista di
nalità di grigio, mentre in basso è stato introdotto il colore as-   re osservato vivente col microscopio elettronico a scansione.                                                                                        ELETTRONI              FASCIO PRIMARIO DI ELETTRONI
                                                                                                                                          stabilire un angolo di convergenza del                                     DIFFUSI ALL'INDIETRO
                                                                                                                                          fascio non troppo ampio (si veda l'il-
                                                                                                                                          lustrazione in alto a pagina 17). Au-            FOTONI
                                                                                                                                          mentando l'angolo di convergenza, au-
                                                                                                                                          menta la corrente della sonda; questa
                                                                                                                                          caratteristica è desiderabile per miglio-
                                                                                                                                          rare il rapporto segnale-disturbo, ma                                                                                       ELETTRONI
                                                                                                                                                                                                                                                                      SECONDARI
                                                                                                                                          indesiderabile poiché, contemporanea-
                                                                                                                                          mente, aumenta la dimensione del pun-                CONTATTO METALLICO
                                                                                                                                          to esplorante e diminuisce la profondi-
                                                                                                                                          tà di campo. D'altra parte diminuendo                                                                                STRATO DI OSSIDO
                                                                                                                                          l'angolo di convergenza diminuisce an-
                                                                                                                                          che la corrente del fascio; inoltre se
                                                                                                                                          l'angolo di convergenza è abbastanza                              n-
                                                                                                                                          piccolo il potere risolutivo viene limi-
                                                                                                                                          tato da effetti di diffrazione.
                                                                                                                                                                                              AMPEROMETRI
                                                                                                                                             Il valore ottimale dell'angolo di con-                                      GIUNZIONE p-n
                                                                                                                                          vergenza del fascio è compreso fra
                                                                                                                                          0,005 e 0,01 radianti, il che vuol dire                                        CONNESSIONE CON LA REGIONE p
                                                                                                                                          che il rapporto fra la lunghezza focale
                                                                                                                                          e il diametro di apertura del sistema di
                                                                                                                                          ottica elettronica è compreso fra 100
                                                                                                                                          e 50. Nelle normali macchine fotogra-         Se il campione è un dispositivo elettronico che comprende un semiconduttore o un iso.
                                                                                                                                          fiche questo rapporto, indicato con f,        lante possono essere generati segnali che contengono informazioni addizionali. Il dise-
                                                                                                                                                                                        gno mostra il tipo di segnale che può essere misurato se il campione è un transistore
                                                                                                                                          è per lo più compreso fra 1,4 e 22. Co-       contenente una giunzione p-n. Come altri campioni, produrrà elettroni secondari, elet-
                                                                                                                                          me sa la maggior parte dei fotografi,         troni diffusi all'indietro e fotoni a varie frequenze (raggi X, radiazioni ultraviolette,
                                                                                                                                          quanto più f è alto, tanto maggiore è         luce visibile, radiazioni infrarosse). Oltre a questo i semiconduttori e gli isolanti su-
                                                                                                                                          la profondità di campo.                       biscono una netta variazione di conducibilità quando vengono colpiti da elettroni.
                                                                                                                                                                                        Nel silicio ogni elettrone incidente può produrre 5000 o più portatori di carica sot-
                                                                                                                                              La quantità di corrente che può es-       to forma di coppie elettrone-buca. Lo strumento superiore indica la corrente indot-
                                                                                                                                          sere focalizzata nel punto mobile fina-       ta nella giunzione p-n; quello inferiore la corrente fra il dispositivo e la massa.

                                                                                                                                                                                                                                                                                19
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
FASCIO PRIMARIO DI ELETTRONI A ISTANTI SUCCESSIVI                                     le è direttamente proporzionale alla        « diffusi all'indietro » è possibile otte-
                                                                                                           densità di corrente disponibile al cato-    nere informazioni sui tipi di atomi con-
                                                                                                           do, i cui valori normali sono compresi     tenuti nel campione. Tuttavia, in linea
                                                                                                           fra 1 e 10 ampere al centimetro qua-       di principio, qualsiasi segnale generato
                                                                                                           drato. Allo scopo di realizzare elevati    quando il raggio colpisce un determi-
                                                                                                           rapporti segnale-disturbo con la mag-      nato punto dell'oggetto, indipendente-
                                                                                                          gior risoluzione possibile, sono state      mente dalla sua forma, può essere usa-
                                                                                                          sviluppate delle speciali sorgenti ad al-   to per produrre un'immagine.
                                                                                                          ta efficienza per aumentare la densità          L'immagine che si adopera normal-
                                                                                                          di corrente disponibile al cannone elet-    mente è quella prodotta dagli elettroni
                                                                                                          tronico. Alec N. Broers ha sviluppato,      secondari, cioè dagli elettroni eccitati
                                                                                                          presso il Centro di ricerche Thomas J.      all'interno del campione dagli elettro-
                                                                  UPERFICIC
                                                                              PRINCIPALE                  Watson della IBM, un catodo in esa-         ni ad alta energia contenuti nel raggio
                                                                                           DEL CAmpioNe   boruro di lantanio che risulta circa 100    primario. La probabilità che gli elet-
                                                                                                          volte migliore del normale catodo di        troni secondari possano uscire dal cam-
                                                                                                          tungsteno. Il suo catodo è stato adot-      pione diminuisce esponenzialmente con
Nell'interpretazione delle immagini prodotte da un microscopio elettronico a scansione                    tato in diversi microscopi elettronici a
occorre rendersi conto che gli elettroni secondari possono essere generati in regioni a                                                               l'aumentare della distanza del loro
una certa distanza dall'area direttamente colpita dal fascio primario di elettroni. Il di-                scansione di tipo commerciale.              punto di origine dalla superficie. Di
segno mostra ciò che accade quando il fascio colpisce fibre di dimensioni diverse: una                       All'Università di Chicago, Albert V.     conseguenza, quelli che emergono pro-
molto più piccola della penetrazione media M, una il cui diametro è pari al 60 per cen-                   Crewe e i suoi collaboratori, hanno in-
to circa di questo valore (2) e una molto più grande. Nel primo caso gli elettroni pri-                                                               vengono da uno strato superficiale di
mari penetrano con facilità nella fibra e vengono diffusi, generando in tal modo elet-                    corporato in un microscopio elettroni-      spessore compreso fra cinque e cin-
troni secondari (in colore) su tre superfici: quelle superiore e inferiore della fibra e                  co a scansione una sorgente a emissio-      quanta angstrom per i metalli e qual-
quella del campione. La fibra appare quindi più brillante di quanto sarebbe se gli elet-                  ne di campo con una corrente di emis-
troni secondari venissero generati solo in corrispondenza della superficie superiore. La                                                              cosa di più per gli isolanti. Si può pen-
                                                                                                          sione anche più elevata. Sebbene que-       sare a questi elettroni secondari come
seconda fibra assorbe la maggior parte degli elettroni incidenti, tuttavia gli elettroni
secondari escono da tutta la sua superficie, rendendo anche questa fibra più luminosa                     sto tipo di catodo richieda, per un fun-    se scaturissero dalla superficie in varie
di quanto non ci si potrebbe aspettare. La terza fibra è tanto grande da fermare tutti                    zionamento stabile, un ambiente a vuo-      direzioni; il livello energetico a essi as-
gli elettroni che la colpiscono al centro; quelli che invece la colpiscono alla periferia                 to ultra spinto, col microscopio di Cre-
tendono a rimbalzare verso un'area di notevoli proporzioni sulla superficie del campio-                                                               sociato è di pochi elettronvolt.
ne. Questo effetto rende spesso i bordi di una grossa fibra particolarmente brillanti.                    we è possibile una risoluzione di cir-         Gli elettroni secondari vengono atti-

         /,
                                                                                                          ca cinque angstrom, lavorando come          rati da un collettore mantenuto a un
                                                                                                          quando si opera secondo la scansione-       potenziale positivo rispetto a massa di
                                                                                                          -trasmissione su campioni ultrasottili.     circa 200 volt (si veda l'illustrazione in
                                                                                                          Con questo strumento sono stati rive-       basso a pagina 17). Non è necessario
             1   2        3         4                  6    7     8     9       10          TEMPO —›      lati singoli atomi di uranio in preparati   focalizzare gli elettroni secondari per-
                                                                                                          speciali (si veda l'articolo Un micro-      ché tutti quelli raccolti a un dato istan-
                                    Tc,                                                                   scopio elettronico a scansione ad alta      te provengono dalle immediate vici-
                                                                                                          risoluzione di Albert V. Crewe in « Le      nanze del punto in cui la sonda è pe-
                                                                                                          Scienze », n. 35, luglio 1971).             netrata nel campione. Per i poteri ri-
         1       2        3         4     5            6    7     8     9       10          TEMPO—a'         In un microscopio elettronico a          solutivi più alti solo gli elettroni ecci-
                                                                                                          scansione, sebbene la sonda che esplo-      tati dal raggio primario penetrato nel
                                                                                                          ra il campione debba essere focalizza-      campione forniscono un segnale utile:
s    1-1F -
      1   2
                     11-
                        3
                              11–
                                    4
                                        -In
                                              5
                                                  TE
                                                       6    7                               TEMPO -->
                                                                                                          ta con precisione, non altrettanto è
                                                                                                          necessario per gli elettroni secondari
                                                                                                                                                      quelli eccitati da elettroni diffusi al-
                                                                  8     9       10                                                                    l'indietro producono un rumore di fon-
                                                                                                          che producono l'immagine effettiva.         do che degrada la qualità dell'imma-
                          X —>                                                  X   —>                    Questo paradosso apparente scompare         gine. L'intensità del segnale prodotto
                                                                                                          se si ricorda che l'immagine è compo-       al sollettore è proporzionale al numero
     2
         Enir.21                                                                                          sta da una serie di elementi disposti in
                                                                                                          successione. I punti dell'oggetto e del-
                                                                                                                                                      di elettroni secondari che Io raggiun-

     4   EIL  AMI                                                                                         l'immagine corrispondono fra loro per-
                                                                                                                                                      gono. Il segnale viene inviato a un tu-
                                                                                                                                                      bo a raggi catodici ove modula il fa-
         MEM                                               Y–kS
                                                                                                          ché vengono colpiti allo stesso istante
                                                                                                          dal fascio elettronico del microscopio e
                                                                                                                                                      scio di elettroni del tubo stesso che si

     6
         ~W Mali                                                                                          da quello del tubo a raggi catodici.
                                                                                                                                                      muove sullo schermo in sincronia con
                                                                                                                                                      la sonda elettronica sulla superficie del
        i/W Ak Mia                                                                                        La raccolta degli elettroni secondari
                                                                                                                                                      campione. Si produce cosí l'immagine
                                                                                                                                                      del microscopio elettronico a scansio-
      8
           AZIM                                                                                              Quando gli elettroni della sonda col-
                                                                                                                                                      ne; la fotografia dell'immagine che si
                                                                                                                                                      presenta sullo schermo del tubo è una
    1 0 gawd~amai                                                                                         piscono un campione di un certo spes-       microfotografia elettronica a scansione.
                                                                                                          sore possono succedere diverse cose (si
Lo schema di scansione adoperato nel microscopio elettronico a scansione è del tutto                      veda l'illustrazione in alto nella pagina   Informazione e immagine
analogo a quello della televisione; tuttavia in una microfotografia il quadro contiene                    precedente). Quando gli elettroni pene-
circa 1000 linee, mentre nella televisione commerciale sono 625. Nell'illustrazione le
coordinate del quadro sono indicate con X e Y, mentre il segnale è indicato con S. La                     trano nel campione, perdono energia e           quesiti da porre, e che richiedono
configurazione del segnale S in ogni intervallo di tempo rappresenta la spaziatura dei                    rallentano, possono essere diffusi ad       una risposta nella microscopia elettro-
livelli del bianco occorrenti per produrre una delle dieci linee per la rappresentazione di               ampio angolo e alcuni infine possono        nica a scansione, sono fra gli altri i se-
una grande X in carattere stampatello (in basso a sinistra). La X apparirebbe natural-                    anche fuoriuscire dalla superficie supe-
mente continua se fossero usate 1000 linee. La figura a sinistra è una presentazione a                                                                guenti: quanto è grande la regione da         Questo è l'aspetto del sangue umano fatto coagulare in aria umida, poi fissato in for-
modulazione di intensità. È anche passibile deflettere il fascio di elettroni dalla normale               riore, viaggiando in una direzione più      cui proviene l'informazione quando il         maldeide e osservato al microscopio elettronico a scansione. Le immagini, dall'alto
posizione di scansione Y di una quantità proporzionale al livello del segnale (Y –kS),                    o meno opposta a quella del raggio in-                                                    verso il basso, sono state ottenute con ingrandimenti rispettivamente di 1500, 5000 e
                                                                                                                                                      fascio colpisce il campione? Con qua-         15 000 diametri. I dischi sono globuli rossi trattenuti da un reticolato di fibrina. I glo-
dando luogo a una presentazione a modulazione di deflessione (in basso a destra).                         cidente. Raccogliendo questi elettroni      le velocità è possibile generare l'infor-     buli appaiono leggermente disseccati. Le immagini sono state riprese da L. McDonald.

20
                                                                                                                                                                                                                                                                                           21
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
Zoomata » su una Drosophila melanogaster eseguita col mi-           sere osservata vivente al microscopio: non sono quindi neces-       sinistra a destra le tre microfotografie sono state eseguite con   prima microfotografia rappresenta l'intera testa della mosca;
croscopio elettronico a scansione. La mosca della frutta può es-      sari né rivestimenti metallici né altre preparazioni tecniche. Da   ingrandimenti rispettivamente di 180, 450 e 4500 diametri. La      le due successive il solo occhio via via in maggior dettaglio.

mazione e con quale rendimento? Qua-           si sa che tali elettroni hanno nei soli-     20 angstrom il diametro della sonda           grande, il cui diametro, per i normali       renderebbero confusa l'immagine quan-      materiale di cui è costituito il campio-
li proprietà geometriche, fisiche, chimi-      di un cammino libero medio assai bre-        elettronica che li ha generati.               livelli di energia del fascio, è compre-     do la sonda si muove verso il punto        ne e dell'angolo che il fascio primario
che o di altra natura del campione de-         ve: circa 10 angstrom nei metalli e cir-       Altri elettroni secondari, prodotti da      so fra uno e cinque micron. Gli elet-        successivo da esplorare. Per ogni dieci    forma con la superficie colpita. I raggi
terminano l'informazione?                      ca 50 angstrom negli isolanti. Molti         elettroni diffusi all'indietro che escono     troni secondari sono generati in meno        elettroni primari che colpiscono un        X, che possono essere raccolti anch'es-
   Se l'immagine è fornita da elettroni        elettroni secondari emergono da un           dal campione, emergono da altri punti         di 10- 1° secondi; non vi sono quindi in     campione vengono generati da uno a         si per produrre un'immagine, sono ge-
secondari, come normalmente avviene,           cerchio il cui diametro non supera di        situati all'interno di un cerchio piú         pratica elettroni emessi in ritardo che      venti elettroni secondari, a seconda del   nerati con un rendimento molto più

Il microscopio elettronico a scansione con un ingrandimento di        dri mentre i coni si presentano affusolati. Con un microscopio      Si ritiene che i nodi lungo le cellule nervose della lepre di      ingrandimento di 11 000 diametri fornisce da solo piú infor-
2500 diametri rivela l'architettura dei recettori degli stimoli lu-   convenzionale la struttura completa di queste cellule è diffi-      mare (Aplysia) siano associati con le giunzioni sinaptiche, ove    mazioni su certi aspetti del tessuto nervoso di quanto si potreb-
minosi di una salamandra: i bastoncelli appaiono come cilin-          cilmente osservabile in quanto è impossibile vederle intatte.       gli impulsi nervosi passano da una cellula all'altra. Questo       be raccogliere da centinaia di sezioni dello stesso campione.

22                                                                                                                                                                                                                                                                         23
Il microscopio elettronico a scansione - LE SCIENZE
basso: occorrono da 1000 a 100 000             perpendicolare alla superficie nel pun-       pione su un vetrino da inserire in en-      dare un'interpretazione errata all'im-
 elettroni primari per dare origine a un        to di incidenza. In altre parole il fa-       trambi gli strumenti. Con l'uso atten-      magine leggendo in essa caratteristi-
 solo fotone di raggi X, il numero esat-        scio genera un maggior numero di elet-        to di tecniche di sezionamento è pos-       che basate su esperienze visive prece-
 to dipendendo anche qui dal materiale          troni secondari quando colpisce una           sibile esporre strati profondi di cam-      denti e non pertinenti.
 di cui è costituito il campione. I raggi       superficie inclinata o un margine che         pioni spessi per studiarne la topologia        Tenendo presenti questi concetti,
 X forniscono però un segnale la cui            piega bruscamente anziché una super-          col microscopio elettronico a scan-         confrontiamo le informazioni ottenibi-
 utilità consiste nella possibilità di rive-    ficie piatta. Vi sono anche altri effetti     sione. È anche possibile esaminare          li dal microscopio ottico, dal micro-
 lare gli elementi contenuti nel campio-        più complessi che dipendono dal mo-           campioni sezionati secondo i metodi         scopio elettronico a trasmissione e dal
 ne: per questa ragione nella microsco-         do in cui le strutture che si trovano al      della normale microscopia ottica o          microscopio elettronico a scansione. I
 pia elettronica a scansione stanno tro-        di sotto della superficie principale as-      elettronica.                                primi due strumenti forniscono, me-
 vando vasta applicazione i rivelatori di       sorbono o deflettono gli elettroni del           Può sembrare sorprendente che esi-       diante una serie di lenti, immagini ot-
 raggi X ad alta sensibilità.                   fascio primario. Una piccola fibra, per       stano perfino alcuni organismi, per lo
                                                                                                                                          tenute tramite radiazioni passanti at-
    Se il campione è un seniconduttore          esempio, può apparire più luminosa di         più insetti, che possono essere osserva-
                                                                                                                                          traverso l'oggetto (o da questo riflesse).
 o un isolante, il bombardamento col            quanto ci si potrebbe attendere tenen-        ti viventi al microscopio elettronico a
                                                                                                                                          Il contrasto nell'immagine è provoca-
 raggio di elettroni determinerà un net-        do conto delle sue sole dimensioni (si        scansione. Uno di tali organismi è il
                                                                                                                                          to dalla dispersione o dall'assorbimen-
 to aumento della conducibilità elettri-        veda l'illustrazione in alto a pagina 20).    tenebrione della farina (Tribolium con-
 ca. 11 microscopio elettronico a scan-                                                       fusum) (si vedano le figure a pagina        to di fotoni o elettroni, oppure, per le
                                                   Questi effetti danno all'osservatore
                                                                                                                                          risoluzioni più alte, da variazioni di fa-
 sione è pertanto utilissimo nell'esame         l'impressione di una struttura tridimen-      18). Questo insetto in tutti gli stadi
 dei circuiti integrati, che comprendo-         sionale pur trattandosi di una micro-         del suo ciclo vitale (uovo, larva, pupa     se delle funzioni d'onda che rappresen-
 no spesso migliaia di transistori o di al-     fotografia bidimensionale. Per stabili-      e adulto) è in grado di trattenere per       tano i fotoni o gli elettroni. Il fotone                                            All~r•••n••n••••••n••••                                                "•••

 tri elementi circuitali nello spazio di        re se la deduzione è esatta o meno, si        un'ora tanta acqua da riuscire a so-        associato con la luce ha un livello                             mal

 poco più di mezzo centimetro quadra-           possono creare con facilità coppie di         pravvivere all'alto vuoto della camera      energetico di pochi elettronvolt e può       iinPallen111~1~                                                                                               411~10~111~
                                                                                                                                                                                       •1111~1~r     7 nn •
 to. Per esempio un raggio incidente di         immagini stereoscopiche riprendendo          del microscopio. Poiché i campioni vi-       quindi reagire con i legami chimici del             4
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            •
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                MENEM
 18 000 elettronvolt produce nel silicio       due microfotografie nelle quali l'ango-       venti, sotto il bombardamento di elet-       campione, che possiedono livelli ener-                    A•

 circa 5000 elettroni e 5000 « buche ».         lo fra il campione e il raggio incidente     troni a bassa intensità di corrente si       getici dello stesso ordine. Queste rea-
 Questi portatori di carica sono prodot-       differisca di parecchi gradi. L'osserva-      comportano come conduttori, non è            zioni forniscono l'informazione croma-
 ti a coppie e se vengono rivelati da una      zione delle due microfotografie con un        necessario rivestirli con metallo o trat-    tica, preziosa per il biologo e il patolo-   alan                                                                                                      -   1n •
                                                                                                                                                                                                                                                                                   ••n••nn 11•111..   •n• •
 giunzione p-n nel circuito integrato, la      visore stereoscopico fornisce una vera        tarli in alcun altro modo.                   go, che possono cosí codificare gli ele-                                                                                                 •n•                    r
                                                                                                                                                                                       1•n•                                                                                       ,          14k
 corrente del segnale può essere molto         immagine tridimensionale.                         La qualità più notevole delle imma-      menti costitutivi della cellula coloran-                                         alliptmari
                                                                                                                                                                                                                                                                      A•11•11111~,~ kal!
                                                                                                                                                                                                                                                                          lorrle   n•n•••
 più intensa della corrente del raggio                                                                                                    doli in varie maniere. Nella microsco-       nimi~
                                                   I campioni biologici, che costituisco-    gini presentate dal microscopio elettro-
                                                                                                                                                                                       MIMI/                                             .•
 incidente. Il progettista del circuito        no una grande percentuale degli ogget-        nico a scansione è la facilità di inter-     pia elettronica a trasmissione si pos-                 ,                                                              •
                                                                                                                                                                                       awassior 1,7:1~                                                                                   .:•••
 può sapere da tali segnali se il disposi-     ti esaminati al microscopio elettronico       pretazione. Un insetto, per esempio,         sono codificare parti selezionate del        ~."
                                                                                                                                                                                                  www.   rima
                                                                                                                                                                                       1.11~      n11111..7•111.!.. 11,111.         • • IniEn.,111•11n•n MIMM1111.-
tivo funziona come è stato progettato,         a scansione, possono essere preparati         appare come tale; crediamo quindi ai         campione con colori costituiti da me-        mimo                 '   91, .. •
                                                                                                                                                                                       ~I

se i singoli elementi sono stati disposti      in diverse maniere. Un tipo di campio-        nostri occhi vedendo l'insetto come ci       talli pesanti i cui pesanti nuclei disper-   ~O
                                                                                                                                                                                       111~110‹
                                                                                                                                                                                       i
entro le tolleranze previste, e cosí via.      ne è costituito da un organismo o da          viene presentato dal microscopio elet-       dono gli elettroni incidenti molto più
Può anche controllare l'aspetto super-         un tessuto biologico completo e non           tronico a scansione. Quando sono gli         fortemente dei leggeri nuclei presenti
ficiale del circuito per vedere se i con-      sezionato; l'acqua deve essere accura-        eiettroni secondari a fornire l'immagi-      nella maggior parte dei campioni bio-
duttori metallici hanno la purezza e la        tamente asportata poiché il campione          ne questa fiducia è solitamente giusti-      logici.
qualità desiderata (si veda l'illustrazio-     deve essere piazzato nella camera sot-        ficata per un gran numero di oggetti.           Il microscopio elettronico a scansio-
 ne nella pagina a fronte).                    to vuoto dello strumento. Le tecniche         Se però due parti del campione si tro-       ne si differenzia da entrambi gli stru-
    Col microscopio elettronico a scan-        che vengono più spesso impiegate per          vano a potenziali differenti, gli elettro-   menti precedenti in quanto la forma-
sione si può naturalmente raggiungere          togliere l'acqua senza provocare seri         ni secondari vengono raccolti in modo        zione dell'immagine non è limitata dal-
una risoluzione molto più elevata che          danneggiamenti sono la essiccazione al-       diverso per le due parti, producendo         la radiazione incidente; non è nemme-
col microscopio ottico, che serviva in         lo stato congelato e l'essiccazione al        nell'immagine contrasti poco abituali.       no necessario alcun sistema di focaliz-
passato come strumento standard di             punto critico. Se il campione è resi-         È necessario familiarizzarsi con queste      zazione dopo l'urto del fascio di elet-
controllo. Per la nuova generazione di         stente alla deformazione o se si desi-        variazioni e forzare coscientemente il       troni sul campione. I punti corrispon-
apparecchi elettronici il raggio del mi-       dera il collasso della superficie per met-    proprio sistema visivo per interpretare      denti del campione e dell'immagine so-
croscopio elettronico a scansione vie-         tere in evidenza le strutture sottostan-      l'immagine in modo nuovo. Se il se-          no messi in correlazione nel tempo,
ne usato per realizzare i modelli dei di-      ti si può anche impiegare la semplice         gnale usato per produrre l'immagine          consentendo cosí a qualsiasi segnale
spositivi stessi. Le dimensioni di questi      essiccazione all'aria. Nella preparazio-      non è generato da elettroni secondari,       generato dal fascio primario di essere
modelli sono molto più piccole di quel-        ne dei campioni si adoperano talvolta         ma da raggi X o da correnti prodotte         utilizzato come sorgente potenziale del-
le dei loro predecessori, ottenuti con         anche la fissazione, la coloritura, il la-    dal fascio primario di elettroni, può        l'immagine. I segnali possono inoltre
metodi ottico-luminosi.                        vaggio, l'essiccazione e il rivestimento.     mancare nell'immagine risultante qual-       essere facilmente memorizzati su na-
    Come si spiega la distribuzione di         Poiché spesso l'informazione desiderata       siasi rapporto topografico con l'origi-      stri o dischi magnetici per presentazio-
zone chiare e di zone scure che danno          è costituita dalle relazioni topologiche      nale e occorre imparare di nuovo l'in-       ni differite o per essere elaborati da un
l'impressione, in una tipica microfoto-        fra le parti che costituiscono un mi-         terpretazione di informazioni non fa-        calcolatore. L'elaborazione mediante
grafia elettronica a scansione, di una         crosistema anziché dalle dimensioni           miliari.                                     calcolatore delle immagini ottenute col      La microfotografia di un transistore ottenuta con gli elettroni secondari in un microsco-
                                                                                                                                                                                       pio elettronico a scansione mostra (in alto) che un terminale in oro si è spezzato e
superficie tridimensionale? In primo           precise di una determinata parte, si              Il segnale può inoltre essere codifi-    microscopio elettronico a scansione è        che si è formata una lega oro-alluminio fra il terminale e l'alluminio depositato sulla
luogo il campione di solito non è tenu-        possono tollerare artifici come per           cato artificialmente attribuendo per         ancora nella fase di sviluppo: si pre-       superficie del transistore per formare il contatto. La lega è visibile come una zona bril-
to perpendicolare al fascio esplorato-         esempio la contrazione, soprattutto           esempio ai vari livelli di intensità colo-   senta però assai promettente. Poiché i       lante adiacente al terminale d'oro. Anche se il terminale è spezzato la corrente può es-
re, ma inclinato di un angolo compre-          quando sono disponibili metodi micro-                                                      vari tipi di microscopio forniscono in-      sere ugualmente iniettata sul catodo mediante il fascio del microscopio elettronico.
                                                                                             ri differenti. Poiché l'occhio è più sen-                                                 La corrente iniettata provoca un flusso di corrente fra l'emettitore e il collettore del
so fra 30 e 60 gradi. Ciò spesso non è         scopici sostitutivi per stabilire le di-      sibile alle differenze cromatiche che al-    formazioni di genere diverso, essi si        transistore, che può essere presentato come una traccia di deflessione. Molte tracce di
necessario per i campioni biologici con        mensioni effettive.                           le leggere variazioni delle tonalità di      integrano a vicenda anziché farsi con-       deflessione di questo tipo possono concorrere alla composizione di un'immagine modu-
contorni fortemente marcati. La pro-               Volendo confrontare le immagini           grigio, un'immagine codificata a colori      correnza. Ciascuno ha caratteristiche        lata per deflessione. Per un'analisi quantitativa delle prestazioni di un transistore è pre-
                                                                                                                                          singolari che forniscono informazioni        feribile impiegare un'immagine che contenga solo poche tracce (al centro). Un'imma-
babilità che vengano generati elettroni        fornite da un microscopio ottico e da         può rivelare importanti informazioni                                                      gine con molte tracce (in basso) simula una superficie complessa la cui altezza è
secondari aumenta con l'aumentare              un microscopio elettronico a scansio-         che altrimenti sfuggirebbero. Allo stes-     sulla microstruttura del mondo in cui        proporzionale al flusso di corrente fra emettitore e collettore. Immagini di questo
dell'angolo fra il raggio incidente e la       ne, si può montare facilmente il cam-         so tempo occorre fare attenzione a non       viviamo.                                     tipo consentono di studiare la relazione fra la corrente indotta e la struttura fisica.

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