Environmental scanning electron microscope
પર્યાવરણીય સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (ESEM) એ સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (SEM) છે જે નમૂના ખંડમાં વાયુયુક્ત વાતાવરણને મંજૂરી આપીને ભીના, અનકોટેડ અથવા બંને નમૂનાઓના ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ એકત્રિત કરવાના વિકલ્પ માટે પરવાનગી આપે છે. સુધારેલા SEMમાં આંતરિક ચેમ્બરમાં ભીના નમુનાઓને જોવામાં અગાઉ સફળતા મળી હોવા છતાં, ESEM તેના વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર્સ (પ્રમાણભૂત એવરહાર્ટ-થોર્નલી ડિટેક્ટરને બદલે) અને તેની વિભેદક પંપીંગ પ્રણાલીઓ સાથે, ઇલેક્ટ્રોન બીમને ટ્રાન્સફર કરવા માટે પરવાનગી આપે છે. આ સાધનની રચના મૂળરૂપે ગેરાસિમોસ ડેનિલાટોસ દ્વારા યુનિવર્સિટી ઓફ ન્યૂ સાઉથ વેલ્સમાં કામ કરતી વખતે કરવામાં આવી હતી. મેનફ્રેડ વોન આર્ડેનથી શરૂ કરીને, ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપના પરંપરાગત અને સ્કેનીંગ ટ્રાન્સમિશન પ્રકારો સાથે જોડાણમાં પાણી અથવા વાતાવરણીય ગેસ સાથે "પર્યાવરણીય" કોષોની અંદરના નમૂનાઓની તપાસના પ્રારંભિક પ્રયાસોની જાણ કરવામાં આવી હતી. જો કે, SEMમાં ભીના નમૂનાઓની પ્રથમ છબીઓ લેન દ્વારા 1970માં નોંધવામાં આવી હતી જ્યારે તેમણે નમૂનાની સપાટી પર નિરીક્ષણના બિંદુ પર પાણીની વરાળનું બારીક જેટ ઇન્જેક્ટ કર્યું હતું; ઉપકરણમાં કોઈ ફેરફાર કર્યા વિના ગેસ નમૂના ખંડના શૂન્યાવકાશમાં ફેલાયો હતો. વધુમાં, શાહ અને બેકેટે 1977 અને 1979માં સંકેતની શોધ માટે શોષિત નમૂના વર્તમાન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપવા માટે સંભવતઃ વનસ્પતિશાસ્ત્રીય નમુનાઓને વાહક રાખવા માટે અલગ રીતે પમ્પ કરેલા કોષો અથવા ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરવાની જાણ કરી હતી. સ્પિવાક એટ અલ. 1977માં SEMમાં વિવિધ પર્યાવરણીય કોષ શોધ રૂપરેખાંકનોની રચના અને ઉપયોગની જાણ કરવામાં આવી હતી, જેમાં વિભેદક પંપીંગ, અથવા નમુનાઓને તેમની ભીની સ્થિતિમાં જાળવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન પારદર્શક ફિલ્મોનો ઉપયોગ સામેલ છે. તે કોષો, તેમના સ્વભાવથી, માત્ર મર્યાદિત એપ્લિકેશન ઉપયોગ ધરાવતા હતા અને આગળ કોઈ વિકાસ કરવામાં આવ્યો ન હતો. 1974માં, રોબિન્સન દ્વારા બેકસ્કેટર ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર અને એક જ છિદ્ર સાથે વિભેદક વેક્યૂમ પંપીંગના ઉપયોગ અને તાપમાનના ઠંડક બિંદુ પર 600 પા દબાણની આસપાસ પાણીની વરાળની રજૂઆત સાથે સુધારેલા અભિગમની જાણ કરવામાં આવી હતી. જો કે, તેમાંથી કોઈ પણ અભિગમએ નિયમિત કામગીરી માટે સ્થિર પર્યાપ્ત સાધનનું ઉત્પાદન કર્યું ન હતું. સિડનીમાં યુનિવર્સિટી ઓફ ન્યૂ સાઉથ વેલ્સ ખાતે 1978માં રોબિન્સન સાથે કામ શરૂ કરીને, ડેનિલાટોસે સંપૂર્ણ માત્રાત્મક અભ્યાસ અને પ્રયોગો હાથ ધર્યા હતા, જેના પરિણામે ઓરડાના તાપમાને માઇક્રોસ્કોપની સ્થિર કામગીરી અને 7000 પી. એ. સુધીના ઉચ્ચ દબાણમાં પરિણમે છે, જે 1979માં નોંધવામાં આવ્યું હતું. પછીના વર્ષોમાં, ડેનિલાટોસે સ્વતંત્ર રીતે કામ કરતા, શૂન્યાવકાશથી એક વાતાવરણ સુધી કોઈપણ દબાણ પર કામ કરવા માટે સક્ષમ પર્યાવરણીય અથવા વાતાવરણીય સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (એ. એસ. ઇ. એમ.) ની રચના અને નિર્માણ પર શ્રેણીબદ્ધ કાર્યોની જાણ કરી. આ પ્રારંભિક કાર્યોમાં 1983 સુધી બેકસ્કેટર ઇલેક્ટ્રોન (બી. એસ. ઈ.) ડિટેક્ટર્સ સાથે વિભેદક પંપીંગ પ્રણાલીના ઓપ્ટિમાઇઝેશનનો સમાવેશ થતો હતો, જ્યારે તેમણે શોધ માધ્યમ તરીકે પર્યાવરણીય ગેસના ઉપયોગની શોધ કરી હતી. 1980નો દાયકો ESEMના પાયા અને વાયુ શોધ ઉપકરણ (GDD) ના સિદ્ધાંત સાથે વ્યાપક રીતે સંકળાયેલા બે મુખ્ય કાર્યોના પ્રકાશન સાથે સમાપ્ત થયો. વધુમાં, 1988માં, ડેનિલાટોસ ESEMનું વ્યાપારીકરણ કરવા ઈચ્છતી સાહસ મૂડી કંપની ઇલેક્ટ્રોસ્કેન કોર્પોરેશન દ્વારા ન્યૂ ઓર્લિયન્સમાં પ્રથમ વ્યાવસાયિક ESEMનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. કંપનીએ જી. ડી. ડી. ના ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન (એસ. ઇ.) પદ્ધતિ પર ભાર મૂક્યો હતો અને વધારાના ચાવીરૂપ પેટન્ટની શ્રેણી સાથે વ્યાવસાયિક ઇ. એસ. ઇ. એમ. નો એકાધિકાર સુરક્ષિત કર્યો હતો. ફિલિપ્સ અને એફ. ઇ. આઇ. કંપનીઓએ વ્યાવસાયિક ઇ. એસ. ઇ. એમ. સાધનો પૂરા પાડવામાં ઇલેક્ટ્રોસ્કેનને સફળતા અપાવી. ડેનિલાટોસ દ્વારા મુખ્ય પેટન્ટ અને સહાયની સમાપ્તિ સાથે, તાજેતરમાં એલ. ઇ. ઓ. (કાર્લ ઝીસ એસ. એમ. ટી. દ્વારા સફળ) દ્વારા બજારમાં નવા વ્યાપારી સાધનો ઉમેરવામાં આવ્યા છે. સિડનીમાં મૂળ પ્રાયોગિક પ્રોટોટાઇપ ESEM પર કામ કરવાથી અને વિશ્વભરમાં વિવિધ પ્રકારની એપ્લિકેશનોમાં વ્યાપારી ESEM નો ઉપયોગ કરતા અસંખ્ય અન્ય કામદારોમાંથી વધુ સુધારાઓની જાણ કરવામાં આવી છે. પ્રારંભિક વ્યાપક ગ્રંથસૂચિ 1993 માં ડેનિલાટોસ દ્વારા સંકલિત કરવામાં આવી હતી, જ્યારે વધુ તાજેતરનું સર્વેક્ષણ મોર્ગન (2005) દ્વારા પીએચ. ડી. થીસીસમાં મળી શકે છે. માઇક્રોસ્કોપ એક ESEM પરંપરાગત SEM જેવી જ રીતે નમૂનાની સપાટી પર બીમ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા અને દિશામાન કરવા માટે સ્કેન કરેલા ઇલેક્ટ્રોન બીમ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક લેન્સનો ઉપયોગ કરે છે. એક ખૂબ જ નાના કેન્દ્રિત ઇલેક્ટ્રોન સ્થળ (પ્રોબ) ને નાના નમૂના વિસ્તાર પર રાસ્ટર સ્વરૂપમાં સ્કેન કરવામાં આવે છે. બીમ ઇલેક્ટ્રોન નમૂના સપાટીના સ્તર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને વિવિધ સંકેતો (માહિતી) ઉત્પન્ન કરે છે જે યોગ્ય ડિટેક્ટર્સ સાથે એકત્રિત કરવામાં આવે છે. આ ડિટેક્ટરોનું આઉટપુટ, યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોનિક્સ દ્વારા, મોનિટરની સ્ક્રીનને એક છબી બનાવવા માટે મોડ્યુલેટ કરે છે જે નાના રાસ્ટર અને માહિતીને અનુરૂપ હોય છે, પિક્સેલ બાય પિક્સેલ, જે નમૂનાની સપાટીમાંથી બહાર આવે છે. આ સામાન્ય સિદ્ધાંતો ઉપરાંત, ESEM ઘણી બાબતોમાં SEMથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે, જે તમામ સાધનની યોગ્ય રચના અને કામગીરીમાં મહત્વપૂર્ણ છે. નીચેની રૂપરેખા આ જરૂરિયાતો અને સિસ્ટમ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના પર પ્રકાશ પાડે છે. વિભેદક પંપીંગ ઉચ્ચ દબાણવાળા વાયુયુક્ત વાતાવરણને ટકાવી રાખનાર નમૂના કક્ષને ઇલેક્ટ્રોન ઓપ્ટિક્સ સ્તંભના ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશથી ઓછામાં ઓછા બે નાના છિદ્રો સાથે અલગ કરવામાં આવે છે જેને પરંપરાગત રીતે દબાણ-મર્યાદિત છિદ્ર (પી. એલ. એ.) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રથમ છિદ્ર (પી. એલ. એ. 1) દ્વારા લીક થતો ગેસ ઝડપથી પંપ સાથે સિસ્ટમમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે જે ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રદેશમાં ઘણું ઓછું દબાણ જાળવી રાખે છે (એટલે કે. તરત જ છિદ્ર ઉપર). આને વિભેદક પંપીંગ કહેવામાં આવે છે. કેટલાક ગેસ નીચા દબાણવાળા પ્રદેશ (તબક્કો 1) માંથી બીજા દબાણ મર્યાદિત છિદ્ર (પી. એલ. એ. 2) દ્વારા ઉપરના સ્તંભના શૂન્યાવકાશ પ્રદેશમાં બહાર નીકળે છે, જે બીજા તબક્કાના વિભેદક પંપીંગ (તબક્કો 2) ની રચના કરે છે. યોજનાકીય આકૃતિ નમૂના ખંડ, મધ્યવર્તી પોલાણ અને ઉપલા ઇલેક્ટ્રોન ઓપ્ટિક્સ સ્તંભ સહિત મૂળભૂત ESEM વાયુ દબાણના તબક્કાઓ દર્શાવે છે. પ્રાપ્ત થયેલ અનુરૂપ દબાણ p0>> p1>> p2 છે, જે ટંગસ્ટન પ્રકારની ઇલેક્ટ્રોન બંદૂકનો ઉપયોગ કરતા માઇક્રોસ્કોપ માટે પૂરતી સ્થિતિ છે. એલ. એ. બી. 6 અને ક્ષેત્ર ઉત્સર્જન પ્રકારનાં ઇલેક્ટ્રોન બંદૂકો માટે જરૂરી હોય તેટલું ઊંચું શૂન્યાવકાશ પ્રાપ્ત કરવા માટે વધારાના પંપીંગ તબક્કાઓ ઉમેરી શકાય છે. દબાણ મર્યાદિત છિદ્રની રચના અને આકાર તેના દ્વારા શક્ય તેટલો તીવ્ર દબાણ ઢાળ (સંક્રમણ) મેળવવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે. આ એક પાતળી પ્લેટ પર બનેલા છિદ્ર સાથે પ્રાપ્ત થાય છે અને પી. એલ. એ. 1 માંથી વહેતા ગેસના આઇસોડેન્સિટી રૂપરેખાંકનોમાં બતાવ્યા પ્રમાણે ડાઉનસ્ટ્રીમ દિશામાં ટેપ કરવામાં આવે છે. આ વાસ્તવિક સમયમાં અવકાશમાં ગેસ પરમાણુ અથડામણ અને હિલચાલના કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સાથે કરવામાં આવ્યું હતું. છિદ્ર દ્વારા વાયુની સમઘનતા રૂપરેખાના આંકડામાં આપણે તરત જ જોઈ શકીએ છીએ કે વાયુની ઘનતા થોડા છિદ્ર ત્રિજ્યાની લંબાઈ પર તીવ્રતાના લગભગ બે ક્રમથી ઘટે છે. આ પ્રથમ સિદ્ધાંતનું માત્રાત્મક રીતે આબેહૂબ પ્રદર્શન છે જે ઉચ્ચ દબાણના નમૂના ચેમ્બરને ઉપરના નીચા દબાણ અને શૂન્યાવકાશ પ્રદેશોથી અલગ કરવા સક્ષમ બનાવે છે. આવા માધ્યમો દ્વારા, વાયુ પ્રવાહ ક્ષેત્રોનો વિવિધ સાધન પરિસ્થિતિઓમાં અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં પછીથી ઇલેક્ટ્રોન બીમ ટ્રાન્સફરનું પ્રમાણ નક્કી કરવામાં આવ્યું છે. ઇલેક્ટ્રોન બીમ ટ્રાન્સફર વિભેદક પંપીંગના ઉપયોગ દ્વારા, ઇલેક્ટ્રોન બીમ પેદા થાય છે અને ઉપરના સ્તંભના શૂન્યાવકાશમાં, ઇલેક્ટ્રોન બંદૂકથી નીચે પી. એલ. એ. 2 સુધી મુક્તપણે પ્રસારિત થાય છે, જે બિંદુથી આગળ ઇલેક્ટ્રોન બીમ ધીમે ધીમે ગેસ અણુઓ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન સ્કેટરિંગને કારણે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે. શરૂઆતમાં, મધ્યવર્તી પોલાણની અંદર ઇલેક્ટ્રોન સ્કેટરિંગનું પ્રમાણ નગણ્ય હોય છે, પરંતુ જેમ જેમ બીમ પી. એલ. એ. 1 દ્વારા રચાયેલા વધુને વધુ ગાઢ ગેસ જેટનો સામનો કરે છે, તેમ નુકસાન નોંધપાત્ર બને છે. બીમ નમૂના ચેમ્બરમાં પ્રવેશ્યા પછી, ઇલેક્ટ્રોનનું નુકસાન પ્રવર્તમાન દબાણ, ગેસની પ્રકૃતિ અને બીમના પ્રવેગક વોલ્ટેજના આધારે ઝડપથી વધે છે. પી. એલ. એ. 1 અક્ષ સાથે પ્રસારિત બીમનો અપૂર્ણાંક આપેલ ઉત્પાદન પી0ડી માટે લાક્ષણિક વળાંકના સમૂહ દ્વારા જોઈ શકાય છે, જ્યાં ડી એ છિદ્ર વ્યાસ છે. આખરે, ઇલેક્ટ્રોન બીમ સંપૂર્ણપણે વેરવિખેર થઈ જાય છે અને ખોવાઈ જાય છે, પરંતુ આવું થાય તે પહેલાં, મર્યાદિત અંતર પર મૂળ કેન્દ્રિત સ્થળે ઇલેક્ટ્રોનની ઉપયોગી માત્રા જાળવી રાખવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ હજુ પણ ઇમેજિંગ માટે થઈ શકે છે. આ શક્ય છે કારણ કે દૂર કરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન વિખેરાયેલા હોય છે અને કેન્દ્રિત સ્થળની આસપાસના સ્કર્ટ (ઇલેક્ટ્રોન સ્કર્ટ) જેવા વ્યાપક વિસ્તારમાં વહેંચાયેલા હોય છે. કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન સ્કર્ટની પહોળાઈ એ સ્થળની પહોળાઈ કરતાં વધુ તીવ્રતાના ક્રમમાં હોય છે, જેમાં તીવ્રતાના ક્રમમાં ઓછી વર્તમાન ઘનતા હોય છે, સ્કર્ટ કેન્દ્રિય સ્થળ દ્વારા પેદા થયેલ વિપરીતતામાં ભાગ લીધા વિના માત્ર પૃષ્ઠભૂમિ (સંકેત) અવાજમાં ફાળો આપે છે. દબાણ, અંતર અને બીમ વોલ્ટેજની ચોક્કસ શરતો કે જેના પર ઇલેક્ટ્રોન બીમ ઇમેજિંગ હેતુઓ માટે ઉપયોગી રહે છે તેને અગાઉના સાહિત્યમાં ઉપયોગમાં લેવાતા એક, બહુવચન અને બહુવિધ-સ્કેટરિંગ પ્રથાઓથી અલગ ઓલિગો-સ્કેટરિંગ શાસન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આપેલ બીમ એક્સિલરેટિંગ વોલ્ટેજ અને ગેસ માટે, પી. એલ. એ. 1 થી L અંતર, જેના પર ઉપયોગી ઇમેજિંગ શક્ય છે, તે ચેમ્બર પ્રેશર p0 ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં છે. અંગૂઠાના નિયમ તરીકે, હવામાં 5 કે. વી. બીમ માટે, તે જરૂરી છે કે ઉત્પાદન પી0એલ = 1 પી. એ. એમ. અથવા ઓછું હોય. ઇલેક્ટ્રોન બીમ ટ્રાન્સફરના આ બીજા સિદ્ધાંત દ્વારા, ઇ. એસ. ઇ. એમ. ની રચના અને કામગીરી નમૂનાની હિલચાલ અને હેરફેરને નિયંત્રિત કરતા તમામ ઉપકરણોને શુદ્ધ કરવા અને લઘુચિત્ર બનાવવા અને સંકેત શોધ પર કેન્દ્રિત છે. સમસ્યા પછી સાધનને તેની ભૌતિક મર્યાદાની નજીક કામ કરવા માટે પૂરતી ઇજનેરી ચોકસાઇ પ્રાપ્ત કરવા માટે ઘટાડે છે, જે મહત્તમ કામગીરી અને ક્ષમતાઓની શ્રેણીને અનુરૂપ છે. આપેલ મશીન દ્વારા મહત્તમ પ્રદર્શન ક્ષમતાથી કોઈપણ વિચલન માટે યોગ્યતાનો આંકડો રજૂ કરવામાં આવ્યો છે. સિગ્નલ ડિટેક્શન ઇલેક્ટ્રોન બીમ નમૂના પર અસર કરે છે અને પ્રવેગક વોલ્ટેજ અને નમૂનાની પ્રકૃતિના આધારે ચોક્કસ ઊંડાઈ સુધી પ્રવેશ કરે છે. આગામી ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી, સંકેતો SEM જેવી જ રીતે ઉત્પન્ન થાય છે. આમ, આપણને ગૌણ અને પશ્ચાદવર્તી ઇલેક્ટ્રોન, એક્સ-રે અને કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ (પ્રકાશ) મળે છે. આ તમામ સંકેતો ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં પણ શોધી કાઢવામાં આવે છે પરંતુ ડિટેક્ટર ડિઝાઇન અને ઉપયોગમાં લેવાતા સિદ્ધાંતોમાં ચોક્કસ તફાવતો સાથે. ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન SEM (એવરહાર્ટ-થોર્નલી ડિટેક્ટર) ના પરંપરાગત ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટરનો ઉપયોગ ગેસની હાજરીમાં કરી શકાતો નથી કારણ કે આ ડિટેક્ટર સાથે સંકળાયેલા કિલોવોલ્ટ પૂર્વગ્રહને કારણે વિદ્યુત સ્રાવ (કમાન) થાય છે. આના બદલામાં, પર્યાવરણીય ગેસનો ઉપયોગ આ સ્થિતિમાં ઇમેજિંગ માટે ડિટેક્ટર તરીકે કરવામાં આવ્યો છેઃ વાયુ શોધ ઉપકરણ એક સરળ સ્વરૂપમાં, વાયુ શોધ ઉપકરણ (જી. ડી. ડી.) ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન એકત્રિત કરવા માટે સેંકડો વોલ્ટ સુધીના વોલ્ટેજ સાથે ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરે છે. આ એસઇ ડિટેક્ટરના સિદ્ધાંતનું શ્રેષ્ઠ વર્ણન એક સમાન વિદ્યુત ક્ષેત્ર E = V/d ઉત્પન્ન કરતા સંભવિત તફાવત V સાથે અંતર d પર બે સમાંતર પ્લેટોને ધ્યાનમાં લઈને કરવામાં આવે છે, અને તે GDD ની સાથેની આકૃતિમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. બીમ ઇમ્પિંગમેન્ટના બિંદુ પર નમૂનામાંથી મુક્ત થતા ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન ક્ષેત્ર બળ દ્વારા એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ સંચાલિત થાય છે પરંતુ ગેસના અણુઓ સાથે અથડામણથી થર્મલ પ્રસરણને કારણે ઇલેક્ટ્રોન પણ ત્રિજ્યીય રીતે આગળ વધે છે. એનોડ ત્રિજ્યા r વિરુદ્ધ r/d ની અંદર ઇલેક્ટ્રોન સંગ્રહ અપૂર્ણાંક R ની વિવિધતા, એનોડ પૂર્વગ્રહ V ના નિશ્ચિત મૂલ્યો માટે, (દબાણ · અંતર) p·d = 1 PA·m ના સતત ઉત્પાદન પર, GDD ની કાર્યક્ષમતાના લાક્ષણિક વળાંક દ્વારા આપવામાં આવે છે. જો આ ઉપકરણના પરિમાણો યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવે તો તમામ ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન શોધાય છે. આ સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે કલેક્ટર ઇલેક્ટ્રોડની નાની ત્રિજ્યામાં માત્ર મધ્યમ પૂર્વગ્રહ સાથે વ્યવહારીક રીતે 100% કાર્યક્ષમતા શક્ય છે. પૂર્વગ્રહના આ સ્તરો પર, કોઈ આપત્તિજનક સ્રાવ થતો નથી. તેના બદલે, ઇલેક્ટ્રોનનો નિયંત્રિત પ્રમાણસર ગુણાકાર પેદા થાય છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન એનોડ તરફ જતા નવા ઇલેક્ટ્રોનને મુક્ત કરતા વાયુ પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે. હિમપ્રપાત પ્રવર્ધનનો આ સિદ્ધાંત ઉચ્ચ ઊર્જા કિરણોત્સર્ગને શોધવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રમાણસર કાઉન્ટરની જેમ કાર્ય કરે છે. આમ એનોડ દ્વારા લેવામાં આવેલા સંકેતને વધુ વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને ડિસ્પ્લે સ્ક્રીનને મોડ્યુલેટ કરવા અને SEMની જેમ છબી બનાવવા માટે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. નોંધપાત્ર રીતે, આ ડિઝાઇન અને સંકળાયેલ વાયુયુક્ત ઇલેક્ટ્રોન એમ્પ્લીફિકેશનમાં, ઉત્પાદન પી. ડી. એક સ્વતંત્ર પરિમાણ છે, જેથી દબાણ અને ઇલેક્ટ્રોડ ભૂમિતિના મૂલ્યોની વિશાળ શ્રેણી હોય જેને સમાન લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા વર્ણવી શકાય. આ વિશ્લેષણનું પરિણામ એ છે કે કોઈ પણ ઉપકરણની ઇજનેરી અસરકારકતા પર આધાર રાખીને, ઉચ્ચ દબાણ પર પણ વાયુયુક્ત વાતાવરણમાં ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન શોધવાનું શક્ય છે. જી. ડી. ડી. ની વધુ લાક્ષણિકતા તરીકે, વાયુયુક્ત સિન્ટિલેશન હિમપ્રપાત પણ ઇલેક્ટ્રોન હિમપ્રપાત સાથે આવે છે અને ફોટો-મલ્ટિપ્લાયર સાથે ઉત્પન્ન થતા પ્રકાશની શોધ કરીને, અનુરૂપ એસ. ઈ. છબીઓ નિયમિત રીતે બનાવી શકાય છે. આ મોડની આવર્તન પ્રતિક્રિયાએ સાચા ટીવી સ્કેનીંગ દરનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપી છે. ડિટેક્ટરની આ રીતનો ઉપયોગ તાજેતરની પેઢીના વ્યાપારી સાધનો દ્વારા કરવામાં આવ્યો છે. નવલકથા જી. ડી. ડી. સૌપ્રથમ ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં શક્ય બની છે અને તેણે વ્યવહારીક રીતે <આઇ. ડી. 1> એસ. ઇ. સંગ્રહ કાર્યક્ષમતા ઉત્પન્ન કરી છે જે અગાઉ એવરહાર્ટ-થોર્નલી એસ. ઇ. ડિટેક્ટર સાથે શક્ય ન હતી, જ્યાં શૂન્યાવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોનના મુક્ત માર્ગને ડિટેક્ટર તરફ વાળવામાં ન આવી શકે. જેમ કે નીચે વધુ સમજાવવામાં આવ્યું છે, સિગ્નલ-ગેસ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા બેકસ્કેટર ઇલેક્ટ્રોન પણ શોધી શકાય છે, જેથી આ સામાન્યીકૃત વાયુ ડિટેક્ટરના વિવિધ પરિમાણોને એસઇ છબીમાંથી બીએસઈ ઘટકને અલગ કરવા માટે નિયંત્રિત કરવું આવશ્યક છે. તેથી, આ ડિટેક્ટર્સ સાથે લગભગ શુદ્ધ એસઇ છબીઓ બનાવવા માટે કાળજી લેવામાં આવી છે, જેને પછી ઇ. એસ. ડી. (પર્યાવરણીય ગૌણ ડિટેક્ટર) અને જી. એસ. ઇ. ડી. (વાયુયુક્ત ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર) કહેવામાં આવે છે. બેકસ્કેટર્ડ ઇલેક્ટ્રોન (બી. એસ. ઈ.) એ એવા ઇલેક્ટ્રોન છે જે બીમ-સ્પેસીમેન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે નમૂનામાંથી પાછા બહાર નીકળે છે જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન સ્થિતિસ્થાપક અને અસ્થિર સ્કેટરિંગમાંથી પસાર થાય છે. તેમની પાસે પરંપરાગત વ્યાખ્યા મુજબ 50 eV થી પ્રાથમિક કિરણની ઊર્જા સુધીની ઊર્જા હોય છે. આ ઇલેક્ટ્રોન સાથે શોધ અને ઇમેજિંગ માટે, SEM માં ચમકતી અને ઘન સ્થિતિ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. આ સામગ્રીઓને સ્વીકારવામાં આવી છે અને ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં પણ તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, ઉપરાંત બી. એસ. ઈ. ની શોધ અને ઇમેજિંગ માટે જી. ડી. ડી. નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. બી. એસ. ઈ. જી. ડી. ડી. ના ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના વાયુયુક્ત કદમાંથી પસાર થાય છે અને વધારાના આયનીકરણ અને હિમપ્રપાત વૃદ્ધિ પેદા કરે છે. ત્યાં એક આંતરિક વોલ્યુમ છે જ્યાં ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન નાના અથવા નજીવી બીએસઈ યોગદાન સાથે પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જ્યારે બાહ્ય વાયુ વોલ્યુમ મુખ્યત્વે બીએસઈ દ્વારા કાર્ય કરે છે. અનુરૂપ શોધ વોલ્યુમોને અલગ કરવું શક્ય છે જેથી જી. ડી. ડી. સાથે નજીકની શુદ્ધ બી. એસ. ઈ. છબીઓ બનાવી શકાય. ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં ચાર્જ વિતરણના વિગતવાર સમીકરણો દ્વારા બે સંકેતો, એસ. ઇ. અને બી. એસ. ઇ. ની સાપેક્ષ શક્તિનો સંબંધ નક્કી કરવામાં આવ્યો છે. પ્લેન ઇલેક્ટ્રોડ્સનું વિશ્લેષણ સામેલ સિદ્ધાંતો અને જરૂરિયાતોને સમજવા માટે જરૂરી છે અને કોઈ પણ રીતે ઇલેક્ટ્રોડ રૂપરેખાંકનની શ્રેષ્ઠ પસંદગી સૂચવે છે, જેમ કે GDD ના પ્રકાશિત સિદ્ધાંતમાં ચર્ચા કરવામાં આવી છે. ઉપરોક્ત વિકાસ છતાં, ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં સમર્પિત બી. એસ. ઇ. ડિટેક્ટર્સે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે, કારણ કે બી. એસ. ઇ. એ સૌથી ઉપયોગી શોધ પદ્ધતિ છે જે એસ. ઇ. સાથે મેળવવાનું શક્ય નથી. પરંપરાગત બી. એસ. ઈ. શોધ માધ્યમોને ઇ. એસ. ઇ. એમ. ની વાયુયુક્ત પરિસ્થિતિઓમાં કામ કરવા માટે અનુકૂળ બનાવવામાં આવ્યા છે. ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતું બી. એસ. ઈ. ગેસના અણુઓ દ્વારા નોંધપાત્ર અવરોધ વિના અનુરૂપ ડિટેક્ટરમાં સ્વ-સંચાલિત થાય છે. પહેલેથી જ, આ હેતુ માટે કુંડલાકાર અથવા ચતુર્થાંશ સોલિડ-સ્ટેટ ડિટેક્ટર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે પરંતુ તેમની ભૂમિતિ મહત્તમ કામગીરી માટે ESEM ની જરૂરિયાતોને સરળતાથી અનુકૂળ નથી. પરિણામે, ઉચ્ચ દબાણ પર વાસ્તવિક ESEM ઉપકરણો પર આ ડિટેક્ટર્સનો વધુ ઉપયોગ નોંધવામાં આવ્યો નથી. "રોબિન્સન" બીએસઈ ડિટેક્ટર નમૂના ચાર્જિંગના દમન માટે પરંપરાગત SEMના સામાન્ય કાર્યકારી અંતર પર આશરે 100 પા સુધી કામગીરી માટે ટ્યુન કરવામાં આવે છે, જ્યારે ટૂંકા કાર્યકારી અંતર અને ઉચ્ચ દબાણની પરિસ્થિતિઓ પર ઇલેક્ટ્રોન સંગ્રહ તેને ESEM માટે અપૂરતો બનાવે છે. જો કે, સરળતાથી અનુકૂળ પ્લાસ્ટિકની ચમકતી સામગ્રીનો ઉપયોગ બીએસઈ માટે કરવામાં આવ્યો છે અને સિસ્ટમની કડક જરૂરિયાતો અનુસાર માપવા માટે બનાવવામાં આવી છે. આવા કાર્યની પરાકાષ્ઠા શંકુ આકારના પી. એલ. એ. 1 સાથે જોડાયેલા અને તેના કિનારે જોડાયેલા ફાચર આકારના ડિટેક્ટર્સની જોડીના ઉપયોગમાં પરિણમી, જેથી મૃત શોધની જગ્યા ઓછામાં ઓછી થઈ જાય, જેમ કે મહત્તમ બી. એસ. ઈ. ડિટેક્ટર્સની સાથેની આકૃતિમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ફોટોન વહન પણ પ્રકાશ પાઇપની ભૂમિતિ દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ થાય છે, જ્યારે સપ્રમાણતાવાળા ડિટેક્ટર્સની જોડી નમૂનાની સપાટીની ટોપોગ્રાફી (સિગ્નલ બાદબાકી) અને અણુ નંબર કોન્ટ્રાસ્ટ (સિગ્નલ એડિશન) ને શ્રેષ્ઠ સિગ્નલ-ટુ-ઘોંઘાટ-ગુણોત્તર સાથે પ્રદર્શિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ યોજનાએ અર્થપૂર્ણ રીતે વિવિધ સંકેતોને સુપરઇમ્પોઝ કરીને રંગનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપી છે. આ સરળ પરંતુ વિશેષ ડિટેક્ટર્સ ઇ. એસ. ઇ. એમ. ની પરિસ્થિતિઓમાં શક્ય બન્યા, કારણ કે ખાલી પ્લાસ્ટિક બી. એસ. ઈ. દ્વારા ચાર્જ થતું નથી. જો કે, જ્યારે ગેસ હાજર હોય ત્યારે યોગ્ય અંતર સાથે ખૂબ જ બારીક વાયર મેશને જી. ડી. ડી. તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવે છે અને જ્યારે ગેસ બહાર કાઢવામાં આવે છે ત્યારે પ્લાસ્ટિક ડિટેક્ટર્સથી નકારાત્મક ચાર્જ દૂર કરવા માટે, સાર્વત્રિક ઇ. એસ. ઇ. એમ. તરફ. વધુમાં, સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં વ્યાપક આવર્તન પ્રતિસાદ સાથે ફોટોમલ્ટીપ્લાયરનો સમાવેશ થતો હોવાથી, સાચા ટીવી સ્કેનીંગ દર સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ છે. ઇ. એસ. ઇ. એમ. સાથે જાળવવા માટે આ એક આવશ્યક લક્ષણ છે જે વાસ્તવિક સમયમાં મૂળ સ્થાને પ્રક્રિયાઓની તપાસને સક્ષમ કરે છે. તેની સરખામણીમાં, જી. ડી. ડી. ના ઇલેક્ટ્રોન હિમપ્રપાત સ્થિતિ સાથે હજુ સુધી આવી કોઈ છબી નોંધવામાં આવી નથી. ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં ચમકતા બી. એસ. ઈ. ડિટેક્ટર્સનો ઉપયોગ એક સાથે એસ. ઈ. શોધ માટે જી. ડી. ડી. સાથે સુસંગત છે, એક રીતે ટોચના પ્લેન ઇલેક્ટ્રોડને ફાઇન ટિપ નીડલ ઇલેક્ટ્રોડ (ડિટેક્ટર) સાથે બદલીને, જેને આ ચમકતા બી. એસ. ઈ. ડિટેક્ટર્સ સાથે સરળતાથી સમાવી શકાય છે. સોય શોધક અને નળાકાર ભૂમિતિ (વાયર) નું પણ વ્યાપક સર્વેક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે. કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ એ બીમ-સ્પેસિમેન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા પેદા થતા ફોટોનને સંડોવતા શોધનો બીજો પ્રકાર છે. બીએસઇ શોધ માટે અગાઉ ઉપયોગમાં લેવાતા ચમકતા કોટિંગને સાફ કર્યા પછી પ્રકાશ પાઇપના ઉપયોગ દ્વારા ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં પણ કામ કરવા માટે આ પદ્ધતિ દર્શાવવામાં આવી છે. જો કે, મૂળ પરીક્ષણ કરાયેલ પ્રાયોગિક પ્રોટોટાઇપ બહાર તેના ઉપયોગ વિશે વધુ માહિતી નથી. સ્પષ્ટપણે, ESEM SEM કરતાં આ ડિટેક્શન મોડ હેઠળ વધુ શક્તિશાળી અને અર્થપૂર્ણ છે, કારણ કે ઇમેજિંગ પ્રક્રિયામાં કોઈપણ નમૂનાની કુદરતી સપાટીની તપાસ કરી શકાય છે. કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ એ સામગ્રીનો ગુણધર્મ છે, પરંતુ વિવિધ નમૂનાની સારવાર જરૂરી છે અને SEMમાં અન્ય મર્યાદાઓ સાથે ગુણધર્મો અસ્પષ્ટ અથવા બદલાયેલા અથવા શોધવાનું અશક્ય છે અને તેથી શોધની આ રીત ભૂતકાળમાં લોકપ્રિય બની નથી. તેની અમર્યાદિત ક્ષમતા સાથે ESEMનું આગમન ભવિષ્યમાં પણ આ ક્ષેત્રમાં વધુ રસ પેદા કરી શકે છે. એક્સ-રે ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં પણ ઉત્પન્ન થતા લાક્ષણિક મૂળભૂત એક્સ-રેને એસ. ઇ. એમ. માં ઉપયોગમાં લેવાતા સમાન ડિટેક્ટર્સ દ્વારા શોધી શકાય છે. જો કે, ઇલેક્ટ્રોન સ્કર્ટમાંથી ઉત્પન્ન થતા એક્સ-રેમાંથી વધારાની જટિલતા ઊભી થાય છે. આ એક્સ-રે SEM કરતાં મોટા વિસ્તારમાંથી આવે છે અને અવકાશી રીઝોલ્યુશનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે, કારણ કે "પૃષ્ઠભૂમિ" એક્સ-રે સંકેતોને પ્રોબ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના જથ્થામાંથી ફક્ત "દબાવી" શકાતા નથી. જો કે, આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે વિવિધ યોજનાઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે. આ પદ્ધતિઓમાં સ્પોટ માસ્કિંગ અથવા દબાણમાં ફેરફાર કરીને અને સ્કર્ટની અસરોને માપાંકિત કરીને એક્સ્ટ્રાપોલેશન તકનીકનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં નોંધપાત્ર સુધારો પ્રાપ્ત થયો છે. વેક્યૂમ SEM માં, વાહક નમુનાઓના ઇમેજિંગ માટે વૈકલ્પિક પદ્ધતિ તરીકે નમૂના શોષિત પ્રવાહ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન બીમ કરંટ માઇનસ એસઇ અને બીએસઈ કરંટના સરવાળાના તફાવતમાંથી નમૂના વર્તમાન પરિણામો. જો કે, ગેસ અને આગામી આયનીકરણની હાજરીમાં, સામાન્ય રીતે કાર્યરત વાયુ શોધ ઉપકરણમાંથી શોધની આ રીતને અલગ કરવી સમસ્યારૂપ બનશે. તેથી આ પદ્ધતિ, તેની વ્યાખ્યા અનુસાર, ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં બિનટકાઉ ગણી શકાય. શાહ અને બેકેટે ધાર્યું હતું કે જો ભીના વનસ્પતિશાસ્ત્રીય નમૂનાઓની તપાસ દરમિયાન તેમના નમૂનાની વાહકતાની ખાતરી આપવામાં આવે તો નમૂના શોષિત કરંટ મોડની કામગીરી હાથ ધરવામાં આવશે; હકીકતમાં, 1987 સુધીમાં શાહ હજુ પણ એસ. ઈ. અને બી. એસ. ઈ. દ્વારા ગેસમાં આયનીકરણ ઉત્પાદનોને એક પ્રચંડ અવરોધ તરીકે માનતા હતા, કારણ કે તેઓ માનતા હતા કે આયનીકરણ નમૂના વિશે કોઈ માહિતી વહન કરતું નથી. જો કે, પાછળથી તેમણે છબીની રચના દરમિયાન વાયુયુક્ત આયનીકરણની ભૂમિકાને સુધારવા માટે સ્વીકાર્યું. સ્પેસીમેન ચાર્જિંગ અવાહક નમૂનાઓ પર અસર કરતી ઇલેક્ટ્રોન બીમ નકારાત્મક ચાર્જ એકઠા કરે છે, જે પરંપરાગત SEMમાં સ્કેન કરેલા બિંદુથી ઇલેક્ટ્રોન બીમને વિક્ષેપિત કરવા માટે વિદ્યુત ક્ષમતા બનાવે છે. આ છબી પર ચાર્જિંગ કલાકૃતિઓ તરીકે દેખાય છે, જે તપાસ પહેલાં નમૂનાની સપાટી પર વાહક સ્તર જમા કરીને SEM માં દૂર કરવામાં આવે છે. આ કોટિંગને બદલે, ESEMમાં રહેલો ગેસ વિદ્યુત વાહક હોવાથી નકારાત્મક ચાર્જ સંચયને અટકાવે છે. ગેસની સારી વાહકતા તે ઇન્સિડેન્ટ ઇલેક્ટ્રોન બીમ અને આયનીકરણ એસઇ અને બીએસઈ સંકેતો દ્વારા થતા આયનીકરણને કારણે છે. આ સિદ્ધાંત પરંપરાગત વેક્યૂમ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપીથી વધુ એક મૂળભૂત વિચલન બનાવે છે, જેમાં પ્રચંડ ફાયદા છે. વિરોધાભાસ અને રિઝોલ્યુશન ESEM જે રીતે કામ કરે છે તેના પરિણામે, રિઝોલ્યુશન SEM ની સરખામણીમાં સાચવવામાં આવે છે. તે એટલા માટે છે કારણ કે સાધનની ઉકેલવાની શક્તિ ઇલેક્ટ્રોન બીમના વ્યાસ દ્વારા નક્કી થાય છે જે સંપૂર્ણપણે ખોવાઈ જાય તે પહેલાં ઉપયોગી મુસાફરી અંતર પર ગેસ દ્વારા અસરગ્રસ્ત નથી. આ વ્યાવસાયિક ESEM પર દર્શાવવામાં આવ્યું છે જે ઇમેજિંગ પરીક્ષણ નમૂનાઓ દ્વારા શ્રેષ્ઠ બીમ સ્પોટ્સ પ્રદાન કરે છે, એટલે કે. પરંપરાગત રીતે કાર્બન સબસ્ટ્રેટ પર સોનાના કણો, વેક્યૂમ અને ગેસ બંનેમાં. જો કે, વિરોધાભાસ તે મુજબ ઘટે છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન પ્રોબ મુસાફરીના અંતર અને દબાણમાં વધારો સાથે પ્રવાહ ગુમાવે છે. જો જરૂરી હોય તો, ઇન્સિડેન્ટ બીમ કરંટને વધારીને વર્તમાનની તીવ્રતાના નુકસાનની ભરપાઈ કરી શકાય છે, જે વધેલા સ્થળના કદ સાથે છે. તેથી, વ્યવહારુ રીઝોલ્યુશન આપેલ સુવિધાના મૂળ નમૂનાના વિરોધાભાસ પર, સાધનની ડિઝાઇન પર આધાર રાખે છે જે ન્યૂનતમ બીમ અને સિગ્નલ લોસ પ્રદાન કરે છે અને દરેક એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય પરિમાણો પસંદ કરનાર ઓપરેટર પર આધાર રાખે છે. ESEM ના પાયા પર સંદર્ભિત કાર્યમાં વિરોધાભાસ અને સમાધાનના પાસાઓ નિર્ણાયક રીતે નક્કી કરવામાં આવ્યા છે. વધુમાં, આ સંબંધમાં, આપણે નમૂના પર કિરણોત્સર્ગની અસરોને ધ્યાનમાં લેવી પડશે. નમૂના સ્થાનાંતરણ મોટાભાગના ઉપલબ્ધ ઉપકરણો દરેક નમૂના સ્થાનાંતરણ સાથે તેમના નમૂના ચેમ્બરને આસપાસના દબાણ (100 કેપીએ) તરફ મોકલે છે. મોટા જથ્થામાં ગેસને બહાર કાઢવો પડે છે અને તેના સ્થાને રસના ગેસનો ઉપયોગ કરવો પડે છે, સામાન્ય રીતે પાણીની વરાળ ચેમ્બર સાથે જોડાયેલા જળાશયમાંથી કેટલાક દબાણ નિયમન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે (દા. ત. સોય) વાલ્વ. ઘણી એપ્લિકેશનોમાં આ કોઈ સમસ્યા રજૂ કરતું નથી, પરંતુ જેને અવિરત 100% સંબંધિત ભેજની જરૂર હોય છે, તેમાં જાણવા મળ્યું છે કે એમ્બિયન્ટ ગેસને દૂર કરવાની સાથે નમૂનાના સ્થાનાંતરણ દરમિયાન 100% સ્તરની નીચે સંબંધિત ભેજને ઘટાડવામાં આવે છે. આ સ્પષ્ટ રીતે આ વર્ગના કાર્યક્રમો માટે ઇ. એસ. ઇ. એમ. ના હેતુને હરાવે છે. જો કે, મધ્યવર્તી નમૂના ટ્રાન્સફર ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરીને મૂળ પ્રોટોટાઇપ ESEM સાથે આવી સમસ્યા ઊભી થતી નથી, જેથી મુખ્ય ચેમ્બર હંમેશા અભ્યાસ દરમિયાન વિક્ષેપ વિના 100% સંબંધિત ભેજ પર જાળવવામાં આવે. ઇ. એસ. ઇ. એમ. ગેસ દબાણના તબક્કાઓની આકૃતિમાં દર્શાવેલ નમૂના સ્થાનાંતરણ ચેમ્બર (ટી. આર.-સી. એચ.) માં એક નાનો જળ ભંડાર હોય છે જેથી પ્રારંભિક આજુબાજુની હવાને ઝડપથી બહાર કાઢી શકાય અને મર્યાદિત વાહકતા ટ્યુબ અને વાલ્વમાંથી પસાર થયા વિના વ્યવહારીક રીતે તરત જ પાણીની વરાળ સાથે બદલી શકાય. મુખ્ય નમૂનાના ચેમ્બરને 100% સાપેક્ષ ભેજ પર જાળવી શકાય છે, જો વરાળનું એકમાત્ર ગળતર નાના પી. એલ. એ. 1 દ્વારા થાય છે, પરંતુ દરેક નમૂનાના ફેરફાર સાથે હિંસક પંપીંગ દરમિયાન નહીં. એકવાર ભીનો નમૂનો ટ્રાન્સફર ચેમ્બરમાં 100% સંબંધિત ભેજ સાથે સંતુલનમાં હોય, ત્યારે સેકન્ડોમાં, એક ગેટ વાલ્વ ખુલે છે અને નમૂનાને સમાન દબાણ પર જાળવવામાં આવેલા મુખ્ય નમૂના ચેમ્બરમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. મુખ્ય ચેમ્બરના નિયંત્રિત પંપીંગને સમાવતો વૈકલ્પિક અભિગમ સમસ્યાને સંપૂર્ણપણે હલ કરી શકશે નહીં કારણ કે 100% સંબંધિત ભેજને કોઈપણ સૂકવણી વિના એકવિધ રીતે સંપર્ક કરી શકાતો નથી, અથવા પ્રક્રિયા ખૂબ જ ધીમી છે; મુખ્ય ચેમ્બરની અંદર પાણીના જળાશયનો સમાવેશ કરવાનો અર્થ એ છે કે જ્યાં સુધી તમામ પાણીને બહાર કાઢવામાં ન આવે ત્યાં સુધી સાપેક્ષ ભેજને ઘટાડી શકાતો નથી (એટલે કે. સાપેક્ષ ભેજનું ખામીયુક્ત નિયંત્રણ). કિરણોત્સર્ગની અસરો નમૂના સાથે ઇલેક્ટ્રોન બીમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન, વિવિધ માત્રામાં નમૂનામાં ફેરફારો લગભગ અનિવાર્ય છે. આ ફેરફારો, અથવા કિરણોત્સર્ગની અસરો, SEM અને ESEM બંનેમાં દૃશ્યમાન થઈ શકે છે અથવા ન પણ થઈ શકે. જો કે, નમુનાઓને તેમની કુદરતી સ્થિતિમાં જોવાની ક્ષમતાનો દાવો કરતી ESEMમાં આવી અસરો ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે. શૂન્યાવકાશને નાબૂદ કરવો એ આ લક્ષ્ય તરફ એક મોટી સફળતા છે, જેથી ઇલેક્ટ્રોન બીમથી થતી કોઈપણ હાનિકારક અસરો પર વિશેષ ધ્યાન આપવાની જરૂર પડે. આ સમસ્યાની આસપાસનો શ્રેષ્ઠ માર્ગ એ છે કે મહત્તમ ESEM ડિઝાઇન સાથે આ અસરોને સંપૂર્ણ લઘુત્તમ સુધી ઘટાડવી. આ ઉપરાંત, વપરાશકર્તાએ પરિણામોના મૂલ્યાંકન દરમિયાન તેમના સંભવિત અસ્તિત્વ વિશે જાગૃત રહેવું જોઈએ. સામાન્ય રીતે, આ અસરો વિવિધ ઇલેક્ટ્રોન બીમ-વિશિષ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને પ્રક્રિયાઓને કારણે વિવિધ સ્વરૂપોમાં છબીઓ પર દેખાય છે. ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપમાં ગેસનો પ્રવેશ એ નવા પરિમાણ સમાન છે. આમ, નમૂના સાથે ગેસ (અને તેના આડપેદાશો) ની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોન બીમ અને ગેસ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ હજી સુધી અજ્ઞાત પરિણામો સાથે સંશોધનના નવા ક્ષેત્રની શરૂઆત કરે છે. આમાંની કેટલીક શરૂઆતમાં નુકસાનકારક લાગી શકે છે પરંતુ પછીથી દૂર થઈ શકે છે, અન્ય અનપેક્ષિત પરિણામો આપી શકે છે. ગતિશીલ રેડિકલ સાથેના નમૂનામાં પ્રવાહી તબક્કો ફરીથી ફાયદાકારક અથવા ગેરલાભકારક ઘટનાઓનું યજમાન આપી શકે છે. ફાયદા નમૂનાની આસપાસ ગેસની હાજરી ESEM માટે અનન્ય નવી શક્યતાઓ પેદા કરે છેઃ (a) પ્રવાહી-તબક્કા ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી શક્ય છે કારણ કે 609 પા કરતા વધારે કોઈપણ દબાણ પાણીને તેના પ્રવાહી તબક્કામાં 0 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન માટે જાળવવાની મંજૂરી આપે છે, SEMથી વિપરીત જ્યાં નમૂનાઓ શૂન્યાવકાશની સ્થિતિ દ્વારા સૂકાઈ જાય છે. (બી) વિદ્યુત બિન-વાહક નમુનાઓને સપાટીને વાહક બનાવવા માટે SEMમાં ઉપયોગમાં લેવાતી તૈયારી તકનીકોની જરૂર નથી, જેમ કે પાતળા સોના અથવા કાર્બન કોટિંગનું જમા થવું, અથવા અન્ય સારવાર તકનીકો કે જેને પ્રક્રિયામાં શૂન્યાવકાશની પણ જરૂર હોય છે. ઇન્સ્યુલેટિંગ નમુનાઓને ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા ચાર્જ કરવામાં આવે છે જે ઇમેજિંગને સમસ્યારૂપ અથવા અશક્ય પણ બનાવે છે. (સી) વેક્યૂમ એસ. ઇ. એમ. ડિટેક્ટર્સના વિરોધમાં, ગેસનો ઉપયોગ શોધ માધ્યમ તરીકે થાય છે, જે નવીન ઇમેજિંગ શક્યતાઓ ઉત્પન્ન કરે છે. (ડી) સાદા પ્લાસ્ટિકના ચમકતા બીએસઈ ડિટેક્ટર્સ ચાર્જ કર્યા વિના અનકોટેડ કામ કરી શકે છે. તેથી, આ ડિટેક્ટર્સ સૌથી ઓછા શક્ય પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર સૌથી વધુ શક્ય સંકેત-થી-અવાજ-ગુણોત્તર ઉત્પન્ન કરે છે, કારણ કે બીએસઈ વેક્યૂમ SEM માટે ઉપયોગમાં લેવાતા એલ્યુમિનિયમ કોટિંગમાં કોઈ ઊર્જાનો નાશ કરતું નથી. પરિણામે, નમૂનાઓની ઝડપથી અને વધુ સરળતાથી તપાસ કરી શકાય છે, જટિલ અને સમય માંગી લેતી તૈયારી પદ્ધતિઓને ટાળીને, કુદરતી સપાટીમાં ફેરફાર કર્યા વિના અથવા અગાઉના તૈયારી કાર્ય દ્વારા કલાકૃતિઓ બનાવ્યા વિના, અથવા SEM ના શૂન્યાવકાશ દ્વારા. ગેસ/પ્રવાહી/ઘન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો ગતિશીલ રીતે અને વાસ્તવિક સમયમાં અભ્યાસ કરી શકાય છે, અથવા પ્રક્રિયા પછી રેકોર્ડ કરી શકાય છે. સબઝીરોથી 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના તાપમાનમાં ફેરફારો અને નમૂના માઇક્રો-મેનિપ્યુલેશન માટે વિવિધ આનુષંગિક ઉપકરણો એક નવી વાસ્તવિકતા બની ગયા છે. જૈવિક નમુનાઓને તાજા અને જીવંત રાખી શકાય છે. તેથી, ESEM પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપીમાંથી આમૂલ સફળતા બનાવે છે, જ્યાં વેક્યૂમ સ્થિતિએ ઇલેક્ટ્રોન બીમ ઇમેજિંગના સાર્વત્રિક બનવાના ફાયદાઓને બાકાત રાખ્યા હતા. ગેરફાયદા મુખ્ય ગેરલાભ નમૂનાના ચેમ્બરમાં અંતરની મર્યાદાને કારણે ઉદભવે છે, જેના પર વાયુ વાતાવરણમાં ઇલેક્ટ્રોન બીમ ઉપયોગી રહે છે. પી. એલ. એ. 1 થી નમૂનાનું ઉપયોગી અંતર એ પ્રવેગક વોલ્ટેજ, બીમ કરંટ, ગેસની પ્રકૃતિ અને દબાણ અને ઉપયોગમાં લેવાતા છિદ્ર વ્યાસનું કાર્ય છે. આ અંતર લગભગ 10 મીમીથી એક મિલીમીટરના અપૂર્ણાંક સુધી બદલાય છે કારણ કે ગેસનું દબાણ નીચા શૂન્યાવકાશથી એક વાતાવરણમાં બદલાઈ શકે છે. મહત્તમ કામગીરી માટે, ઉત્પાદક અને વપરાશકર્તા બંનેએ આ મૂળભૂત જરૂરિયાતને સંતોષવા માટે ડિઝાઇન અને કામગીરીમાં સુસંગત હોવું જોઈએ. વધુમાં, જેમ દબાણને ખૂબ જ નીચલા સ્તરે લાવી શકાય છે, તેમ ESEM ઉપરોક્ત ગેરફાયદા વિના લાક્ષણિક SEM કામગીરી પર પાછા ફરશે. તેથી, શૂન્યાવકાશમાં કામ કરીને ESEM લાક્ષણિકતાઓને SEM લાક્ષણિકતાઓ સાથે જોડી શકાય છે. આ તમામ ગેરફાયદા અને લાભોનું સમાધાન યોગ્ય રીતે રચાયેલ અને સંચાલિત સાર્વત્રિક ESEM દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ઉપયોગી નમૂનાના અંતરની મર્યાદા સાથે સુસંગત લઘુત્તમ વિસ્તૃતીકરણ શક્ય છે, કારણ કે ખૂબ ઊંચા દબાણ પર અંતર એટલું નાનું થઈ જાય છે કે પી. એલ. એ. 1 કદ દ્વારા દૃશ્ય ક્ષેત્ર મર્યાદિત હોય છે. SEM ની ખૂબ જ ઓછી વિસ્તૃતીકરણ શ્રેણીમાં, પ્રકાશ માઇક્રોસ્કોપના ઉપલા વિસ્તૃતીકરણને ઓવરલેપ કરીને, શ્રેષ્ઠ ક્ષેત્ર ESEM મોડ દ્વારા વિવિધ ડિગ્રી સુધી મર્યાદિત છે. આ મર્યાદાનું પ્રમાણ સાધનની રચના પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. એક્સ-રે પણ આસપાસના ગેસ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે અને SEM કરતાં મોટા નમૂના વિસ્તારમાંથી પણ આવે છે, તેથી વિશ્લેષણ દરમિયાન કાઢવામાં આવેલી માહિતી પર ગેસની અસરોને ઘટાડવા માટે વિશેષ અલ્ગોરિધમ્સની જરૂર પડે છે. ગેસની હાજરી ચોક્કસ ઉપયોગોમાં અનિચ્છનીય અસરો પેદા કરી શકે છે, પરંતુ તેની હદ માત્ર ત્યારે જ સ્પષ્ટ થશે જ્યારે કિરણોત્સર્ગની અસરોને ઘટાડવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે વધુ સંશોધન અને વિકાસ હાથ ધરવામાં આવશે. શ્રેષ્ઠ ડિઝાઇનના તમામ સિદ્ધાંતોને અનુરૂપ હજી સુધી (2009 સુધીમાં) કોઈ વ્યાવસાયિક સાધન ઉપલબ્ધ નથી, જેથી સૂચિબદ્ધ કોઈપણ વધુ મર્યાદાઓ વર્તમાન સાધનોની લાક્ષણિકતા હોય અને સામાન્ય રીતે ESEM તકનીકની નહીં. પ્રસારણ ઇ. એસ. ઇ. એમ. પાતળા નમૂના વિભાગ દ્વારા પ્રસારિત તેજસ્વી અને શ્યામ ક્ષેત્ર સંકેતોના યોગ્ય શોધ માધ્યમો દ્વારા પ્રસારણ સ્થિતિ (ટી. ઇ. એસ. ઇ. એમ.) માં પણ ઇ. એસ. ઇ. એમ. નો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ નમૂનાની નીચે સોલિડ સ્ટેટ ડિટેક્ટર્સનો ઉપયોગ કરીને અથવા વાયુ શોધ ઉપકરણ (જી. ડી. ડી.) નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં ઉપયોગમાં લેવાતા સામાન્ય રીતે ઓછા પ્રવેગક વોલ્ટેજ અનસ્ટેન્ડ નમુનાઓની વિપરીતતામાં વધારો કરે છે જ્યારે તેઓ ટ્રાન્સમિશન મોડમાં મેળવેલા નેનોમીટર રિઝોલ્યુશન ઇમેજિંગને મંજૂરી આપે છે, ખાસ કરીને ફિલ્ડ એમિશન પ્રકારની ઇલેક્ટ્રોન બંદૂકો સાથે. ઇ. એસ. ઇ. એમ.-ડી. આઈ. એ. ઇ. એસ. ઇ. એમ.-ડી. આઈ. એ. એ ડિજિટલ ઇમેજ એનાલિસિસ (ડી. આઈ. એ.) પ્રોગ્રામ સાથે જોડાયેલા ઇ. એસ. ઇ. એમ. માઇક્રોસ્કોપ ધરાવતી સિસ્ટમ માટેનું સંક્ષિપ્ત નામ છે. તે ડિજિટલ રીતે હસ્તગત ESEM છબીઓની માત્રાત્મક સારવારને સીધી રીતે શક્ય બનાવે છે, અને ન્યુરલ નેટવર્ક પર આધારિત મશીન લર્નિંગ દ્વારા છબી ઓળખ અને છબી પ્રક્રિયાને મંજૂરી આપે છે. ઇ. એસ. ઇ. એમ. ની કેટલીક પ્રતિનિધિ એપ્લિકેશનો નીચેના ક્ષેત્રોમાં છેઃ જીવવિજ્ઞાન એક પ્રારંભિક એપ્લિકેશનમાં લેપ્ટોસ્પર્મમ ફ્લેવસેન્સના અભ્યાસ સહિત તાજા અને જીવંત છોડની સામગ્રીની તપાસ સામેલ છે. સુક્ષ્મસજીવોના અભ્યાસમાં ESEM ના ફાયદા અને તૈયારીની તકનીકોની સરખામણી દર્શાવવામાં આવી છે. દવા અને તબીબી કેન્સરના કોષો પર દવાઓની અસરનો પ્રવાહી તબક્કાના ESEM-STEM સાથે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. પુરાતત્વ સંરક્ષણ વિજ્ઞાનમાં, નમુનાઓને અકબંધ અથવા તેમની કુદરતી સ્થિતિમાં જાળવવા ઘણીવાર જરૂરી હોય છે. ઉદ્યોગ ESEM અભ્યાસો ઊન ઉદ્યોગમાં ચોક્કસ રાસાયણિક અને યાંત્રિક સારવાર સાથે અને વગરના રેસા પર કરવામાં આવ્યા છે. સિમેન્ટ ઉદ્યોગમાં, ભીની અને સૂકી સ્થિતિમાં મૂળ સ્થાને વિવિધ પ્રક્રિયાઓનું પરીક્ષણ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. સ્થાનો અભ્યાસમાં સ્થાનો અભ્યાસ વિવિધ આનુષંગિક ઉપકરણોની મદદથી કરી શકાય છે. આમાં ઊંચા તાપમાને પ્રક્રિયાઓનું નિરીક્ષણ કરવા માટે ગરમ તબક્કાઓ, પ્રવાહીના માઇક્રોઇન્જેક્ટર અને નમૂના વિસ્તરણ અથવા વિરૂપતા ઉપકરણો સામેલ છે. સામાન્ય સામગ્રી વિજ્ઞાન બાયોફિલ્મ્સનો અભ્યાસ SEM તૈયારી દરમિયાન રજૂ કરવામાં આવેલી કલાકૃતિઓ વિના કરી શકાય છે, તેમજ ESEM ના પ્રારંભિક વર્ષોથી ડેન્ટિન અને ડિટર્જન્ટની તપાસ કરવામાં આવી છે. વાણિજ્યિક ESEM ESEM વિવિધ ઉત્પાદન બ્રાન્ડ નામો હેઠળ દેખાયું છે. ESEM શબ્દ એ એક સામાન્ય નામ છે જે સૌપ્રથમ 1980 માં જાહેરમાં રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું અને ત્યારબાદ ડેનિલાટોસ અને તમામ ESEM પ્રકારનાં સાધનોના લગભગ તમામ વપરાશકર્તાઓ દ્વારા તમામ પ્રકાશનોમાં અવિરતપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ELECTROSCAN ESEM ટ્રેડમાર્ક 1999 સુધી અવારનવાર મેળવવામાં આવતો હતો, જ્યારે તેને રદ કરવાની મંજૂરી આપવામાં આવી હતી. "પર્યાવરણીય" શબ્દ મૂળ રૂપે ટ્રાન્સમિશન માઇક્રોસ્કોપીમાં "પર્યાવરણીય" કોષોના અગાઉના (ઐતિહાસિક) ઉપયોગને ચાલુ રાખવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો, જો કે "વાતાવરણીય" શબ્દનો ઉપયોગ એક વાતાવરણીય દબાણ (એ. એસ. ઇ. એમ.) પર ઇ. એસ. ઇ. એમ. નો સંદર્ભ આપવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો છે, પરંતુ કોઈપણ વ્યાપારી સાધનો સાથે નહીં. અન્ય સ્પર્ધાત્મક ઉત્પાદકોએ "નેચરલ SEM" (હિટાચી), "વેટ-SEM" (ISI), "બાયો-SEM" (ટૂંકા ગાળાના, AMRAY), "VP-SEM" (ચલ-દબાણ SEM; LEO/Zeiss-SMT), "LVSEM" (લો-વેક્યુમ SEM, જે ઘણીવાર લો-વોલ્ટેજ SEM; JEOL પણ સૂચવે છે) શબ્દોનો ઉપયોગ કર્યો છે, જે તમામ પ્રવર્તમાન ઉત્પાદન સમયપત્રક અનુસાર ક્ષણિક લાગે છે. તાજેતરમાં સુધી, આ તમામ નામો લગભગ 100 પા સુધી અને માત્ર બીએસઈ ડિટેક્ટર્સ સાથે કામ કરતા સાધનોનો ઉલ્લેખ કરતા હતા. તાજેતરમાં, ઝીસ-એસ. એમ. ટી. વી. પી.-એસ. ઈ. એમ. ને છબી નિર્માણ માટે એસ. ઈ. પદ્ધતિ તરીકે વાયુયુક્ત આયનીકરણ અથવા વાયુયુક્ત સિન્ટિલેશન સાથે ઉચ્ચ દબાણ સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યું છે. તેથી, ઇ. એસ. ઇ. એમ. શબ્દને વિવિધ નામો સાથે અન્ય સ્પર્ધાત્મક વ્યાપારી (અથવા પ્રયોગશાળા) બ્રાન્ડ્સની સરખામણીમાં વ્યાપારી સાધનની એકમાત્ર બ્રાન્ડ સાથે ઓળખવો અયોગ્ય છે, કારણ કે ટ્રેડમાર્કના ભૂતકાળમાં ઉપયોગથી કેટલીક મૂંઝવણ ઊભી થઈ શકે છે. તેવી જ રીતે, જી. ડી. ડી. શબ્દ સામાન્ય છે જે ઇ. એસ. ઇ. એમ. માં સમગ્ર નવીન વાયુ શોધ સિદ્ધાંતને આવરી લે છે. ખાસ કરીને ઇ. એસ. ડી. અને જી. એસ. ઈ. ડી. શબ્દોનો ઉપયોગ આ ડિટેક્ટરના ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન મોડને દર્શાવવા માટે વ્યાવસાયિક ઇ. એસ. ઇ. એમ. સાથે કરવામાં આવ્યો છે. ESEM છબીઓની ગેલેરી ESEM નો ઉપયોગ કરીને લેવામાં આવેલી છબીઓના ઉદાહરણો નીચે મુજબ છે. સંદર્ભ ગ્રંથસૂચિ બાહ્ય કડીઓ ESEM વિકાસ અને તેના ભવિષ્યના જીવંત નમૂનાઓના વીડિયો અને ESEM ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી તકનીકોમાં અન્ય મૂળ સ્થાને ઇમેજિંગ વૈજ્ઞાનિક તકનીકો