ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM)





در ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مانند ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، يك پرتو الكتروني به نمونه مي‌تابد. منبع الكتروني (تفنگ الكتروني) معمولاً از نوع انتشار ترمويونيكي فيلامان يا رشته تنگستني است اما استفاده از منابع گسيل ميدان براي قدرت تفكيك بالاتر، افزايش يافته است...
در ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مانند ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، يك پرتو الكتروني به نمونه مي‌تابد.

شكل 5-1- تصوير الكتروني روبشي سطح یک فلز با مقیاس یک میکرون [1]
اجزاء اصلي و حالت كاري يك SEM ساده در شكل 5-2 نشان داده شده است.

شكل 5-2 – نمودار شماتيكي اجزاء اصلي يك ميكروسكوپ الكتروني روبشي[2]
منبع الكتروني (تفنگ الكتروني) معمولاً از نوع انتشار ترمويونيكي فيلامان يا رشته تنگستني است اما استفاده از منابع گسیل ميدان براي قدرت تفكيك بالاتر، افزايش يافته است معمولاً الكترون‌ها بينKeV1-30 شتاب داده مي‌شوند. سپس دو يا سه عدسي متمركزكننده پرتو الكتروني را كوچك مي‌كنند، تا حدي كه در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بين nm2-10 است.

استفاده‌‌هاي عمومي

1- تصويرگرفتن از سطوح در بزرگنمايي 10 تا 100،000 برابر با قدرت تفكيك در حد 3 تا 100 نانومتر (بسته به نمونه)
2- در صورت تجهيز به آشكارساز back Scattered ميكروسكوپ‌ها قادر به انجام امور زير خواهند بود:
a) مشاهده مرزدانه، در نمونه‌هاي حكاكي ‌نشده، b) مشاهده حوزه‌ها (domains) در مواد فرومغناطيس، c) ارزيابي جهت كريستالوگرافي دانه‌ها با قطرهايي به كوچكي 2 تا 10 ميكرومتر، d) تصويرنمودن فاز دوم روي سطوح حكاكي‌نشده (در صورتي كه متوسط عدد اتمي فاز دوم، متفاوت از زمينه باشد).
3- با اصلاح مناسب ميكروسكوپ مي‌توان از آن براي كنترل كيفيت و بررسي عيوب قطعات نيمه‌هادي استفاده نمود.

نمونه‌هايي از كاربرد

1- بررسي نمونه‌هايي كه براي متالوگرافي آماده شده‌اند، در بزرگنمايي بسيار بيشتر از ميكروسكوپ نوري
2- بررسي مقاطع شكست و سطوحي كه حكاكي عميق شده‌اند، كه مستلزم عمق ميداني بسيار بزرگتر از حد ميكروسكوپ نوري است.
3- ارزيابي جهت كريستالوگرافي اجرايي نظير دانه‌ها، فازهاي رسوبي و دندريت‌ها بر روي سطوح آماده‌شده براي كريستالوگرافي
4- شناسايي مشخصات شيميايي اجزايي به كوچكي چندميكرون روي سطح نمونه‌ها، براي مثال،‌ آخال‌ها، فازهاي رسوبي و پليسه‌هاي سايش
5- ارزيابي گراديان تركيب شيميايي روي سطح نمونه‌ها در فاصله‌اي به كوچكي µm 1
6- بررسي قطعات نيمه‌هادي براي آناليز شكست، كنترل عملكرد و تأييد طراحي

نمونه‌ها

اندازه: محدوديت اندازه توسط طراحي ميكروسكوپ‌هاي الكتروني روبشي موجود تعيين مي‌شود. معمولاً نمونه‌هايي به بزرگي 15 تا 20 سانتيمتر را مي‌توان در ميكروسكوپ‌ قرار داد ولي نمونه‌هاي 4 تا 8 سانتيمتر را مي‌توان بدون جابجاكردن نمونه بررسي كرد.
آماده‌سازي: مواد غيرهادي معمولاً با لايه نازكي از كربن، طلا يا آلياژ طلا پوشش داده مي‌‌شوند. بايد بين نمونه و پايه اتصال الكتريكي برقرار شود و نمونه‌هايي ريز نظير پودرها بايد روي يك فيلم هادي نظير رنگ آلومينيوم پخش شده و كاملاً خشك شوند. نمونه‌ها بايد عاري از مايعاتي با فشار بخار بالا نظير آب، محلول‌هاي پاك‌كننده آلي و فيلم‌هاي روغني باقي‌مانده باشند.

آناليز شيميايي در ميكروسكوپ الكتروني

هر گاه الكترون‌هايي با انرژي بالا به يك نمونه جامد برخورد كنند، موجب توليد اشعه X مشخصه اتم‌هاي موجود در نمونه مي‌شوند.
به هنگام بحث در مورد تشكيل تصوير درSEM و TEM اين پرتوهاي x تا حد زيادي ناديده گرفته مي‌شود. اگر چه، با اين كار از حجم عظيمي از اطلاعات صرف‌نظر مي‌شود با اين حال دانشمندان در دهه 1950 متوجه اين نكته شدند و از آن زمان ميكروسكوپ‌هاي الكتروني به طور فزاينده‌اي براي ميكروآناليز(microanalysis) استفاده مي‌شوند. عبارت ميكروآناليز به اين معني است كه آناليز مي‌تواند بر روي مقدار بسيار كوچكي از نمونه، يا در بيشتر موارد بر روي قسمت بسيار كوچكي از يك نمونه بزرگتر، صورت گيرد. از آنجا كه با روش‌هاي معمولي شيميايي و طيف‌نگاري نمي‌توان اين كار را انجام داد، ميكروآناليز در ميكروسكوپ الكتروني به صورت ابزار مهمي براي تشخيص خصوصيات انواع مواد جامد درآمده است.
اصولاً دو چيز را مي‌توان از طيف پرتوx منتشر شده توسط هر نمونه تعيين نمود. اندزه‌گيري طول موج (يا انرژي) هر پرتو x مشخصه منتشر شده امكان تشخيص عناصر حاضر در نمونه يا انجام آناليز كيفي را ميسر مي‌سازد. اندازه‌گيري تعداد هر نوع پرتوx منتشر شده در هر ثانيه، تعيين مقدار حضور عنصر در نمونه يا انجام آناليز كمّي را امكان‌پذير می سازد شرايط لازم براي نمونه و دستگاه جهت آناليز كمّي به گونه‌اي است كه گذر از مرحله آناليز كيفي به كمّي ‌ به آساني ميسر نخواهد بود.

محدوديت‌ها

1-كيفيت تصوير سطوح تخت، نظير نمونه‌هايي كه پوليش و حكاكي متالوگرافي شده‌اند، معمولاً در بزرگنمايي كمتر از 300 تا 400، برابر به خوبي ميكروسكوپ نوري نيست.
2-قدرت تفكيك حكاكي بسيار بهتر از ميكروسكوپ نوري است، ولي پايين‌تر از ميكروسكوپ الكتروني عبوري و ميكروسكوپ عبوري روبشي است.
مراجع :
1- E D Specht, A Goyal, D F Lee, F A List, D M Kroeger, M Paranthaman, R K Williams and D K Christen, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 945–949.
2- http://mse.iastate.edu/microscopy/chamber.html
ضمیمه1- فهرست SEM های موجود در کشور

اسم دستگاه

ميكروسكوپ الكتروني روبشي(Scanning Electron Microscopy (SEM

رديف

دانشگاه

مدل

نوع عضويت

1

دانشگاه سمنان ميكروسكوپ الكتروني

XL30 / TMP

عضو

2

دانشگاه بوعلي‌سينا همدان مواد و ميكروسكوپ الكتروني

JSM8A

عضو

3

دانشگاه تهران مركز تحقيقات بيوشيمي و بيوفيزيك

HHS-2R

عضو

4

دانشگاه فردوسي مشهد آزمايشگاه مركزي

LEO-??OVP

عضو

5

دانشگاه صنعتي اصفهان آزمايشگاه مواد

-

عضو

6

پژوهشگاه مواد و انرژي

Stereo Scan 360

عضو

7

دانشگاه صنعتي سهند مواد نانو ساختار

MV2300

عضو

8

داشنگاه تربيت مدرس بخش مواد

XL-30

عضو

9

دانشگاه علوم پزشكي تهران آزمايشگاه فارماكولوژي

S-360

عضو

10

مركز تحقيقات بيولوژي ابن سينا

-

عضو

11

شركت لعاب مشهد مؤسسه تحقيقاتي پر طاووس

S-360

عضو

12

پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران آزمايشگاه عمومي و مركزي

S360 SEM

عضو

13

دانشگاه صنعتي شريف آزمايشگاه ساختار و مواد

JDM-35

عضو

14

پژوهشگاه صنعت نفت آززمايشگاه ميكروسكوپ الكتروني

S-360

عضو

15

دانشگاه علم و صنعت ايران آزمايشگاه دانشكده مواد

S360

عضو

16

دانشگاه تهران آزمايشگاه متالورژي و مواد

S360 Mv2300

رزرو

17

مركز تحقيقات نسوز آذر

S360

رزرو

ضمیمه 2- فهرست مدلهای جدید SEM

دستگاه

Scanning electron Microscopeميكروسكوپ الكتروني روبشي

رديف

مدل

شركت و كشور سازنده

قابليت هاي جديد

1

JSM-5510

ژاپن JEOL

3.5nm

2

JSM-6060

ژاپن JEOL

3.5nm

3

JSM-6380

ژاپن JEOL

3.0nm

4

JSM-6480

ژاپن JEOL

3.0nm

5

JSM-5510LV

ژاپن JEOL

HV 3.5nm
LV 4.5nm

6

JSM-6060LV

ژاپن JEOL

HV 3.5nm
LV 4.0nm

7

JSM-6380LV

ژاپن JEOL

HV 3.0nm
LV 4.0nm

8

JSM-6480LV

ژاپن JEOL

HV 3.0nm
LV 4.0nm

9

JSM-6700F

ژاپن JEOL

1.0nm
 (2.2nm(1kV

10

JSM-7401F

ژاپن JEOL

(1.0nm(15kV
(1.5nm(1kV
(0.8nm(30kSTEM

11

JSM-7700F

ژاپن JEOL

0.6nm (5kV)
1.0nm (1kV)
1.0nm (15kV)
0.7nm (1kV) GB mode

12

JSM-7700F

ژاپن JEOL

1.0nm
2.2nm (1kV)

منبع: http://nanolab.nano.ir
/خ