ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM)
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
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
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
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
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
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 |
6 | JSM-6060LV | ژاپن JEOL | HV 3.5nm |
7 | JSM-6380LV | ژاپن JEOL | HV 3.0nm |
8 | JSM-6480LV | ژاپن JEOL | HV 3.0nm |
9 | JSM-6700F | ژاپن JEOL | 1.0nm |
10 | JSM-7401F | ژاپن JEOL | (1.0nm(15kV |
11 | JSM-7700F | ژاپن JEOL | 0.6nm (5kV) |
12 | JSM-7700F | ژاپن JEOL | 1.0nm |
/خ