میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM

میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که بوسیله اسکن سطح با پرتوی متمرکز الکترون ، تصاویر نمونه را تولید می کند. الکترون ها با اتمهای موجود در نمونه برهم کنش داده و سیگنال های مختلفی را تولید می کنند که حاوی اطلاعاتی در مورد توپوگرافی سطح و ترکیب نمونه است. در رایج ترین حالت میکروسکپ الکترونی روبشی SEM ، الکترون های ثانویه ساطع شده توسط اتم های تحریک شده با پرتوی الکترون با استفاده از اشکارساز الکترونی ثانویه (آشکارساز Everhart-Thornley) شناسایی می شوند. تعداد الکترون های ثانویه قابل تشخیص و در نتیجه شدت سیگنال به توپوگرافی نمونه بستگی دارد. برخی از محصولات میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM می توانند به وضوح بهتر از 1 نانومتر برسند.

در اکثر کاربردها ، داده ها در یک منطقه انتخاب شده از سطح نمونه جمع آوری می شوند و یک تصویر 2 بعدی ایجاد می شود که تغییرات مکانی را در این خصوص نشان می دهد. مناطقی با عرض تقریبی  1cmتا 5um را می توان در حالت اسکن با استفاده از تکنیک های معمولی SEM (بزرگنمایی از 20x تا تقریباً 30,000x، وضوح مکانی 50nm تا 100nm) تصویربرداری کرد. میکروسکپ الکترونی روبشی SEM همچنین قادر به انجام تجزیه و تحلیل مکان های انتخاب شده بر روی نمونه است. این روش به ویژه در تعیین کیفی یا نیمه کمی ترکیبات شیمیایی (با استفاده از EDS) ، ساختار بلوری و جهت گیری های بلوری (با استفاده از EBSD) بسیار مفید است. طراحی و عملکرد میکروسکوپ الکترونی SEM بسیار شبیه به EPMA است و همپوشانی قابل توجهی در قابلیت های بین دو ابزار وجود دارد.

اصول اساسی میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM

الکترون های شتابدهنده در یک میکروسکپ الکترونی روبشی SEM مقدار قابل توجهی انرژی جنبشی را حمل می کنند و این انرژی در هنگام کند شدن الکترون های حادث شده در نمونه جامد ، به صورت انواع سیگنال های تولید شده توسط فعل و انفعالات الکترون - نمونه ، پراکنده می شود. این سیگنال ها شامل الکترون های ثانویه، الکترون های بازگشتی (BSE) ، الکترون های بازگشتی پراکنده (EBSD) ، فوتون ها، اشعه ایکس، نور مرئی (کاتدولومینسانس - CL) و گرما می باشد. الکترون های ثانویه و الکترون های بازگشتی معمولاً برای نمونه برداری از نمونه ها مورد استفاده قرار می گیرند: الکترون های ثانویه برای نمایش مورفولوژی و توپوگرافی بر روی نمونه ها و الکترون های بازگشتی دارای بیشترین ارزش برای نشان دادن کنتراست های ترکیب در نمونه های چند فاز هستند.

اجزای اساسی کلیه محصولات میکروسکوپ الکترونی SEM شامل موارد زیر است:

• منبع الکترون “تفنگ الکترونی”
• عدسی های الکترونیکی
• استیج نمونه
• آشکارساز
• نمایش / دستگاه های خروجی داده

الزامات زیرساختی محصولات میکروسکپ الکترونی SEM

• منبع تغذیه
• سیستم خلاء
• سیستم خنک کننده
• کف بدون لرزش
• اتاق عاری از میدان های مغناطیسی و الکتریکی محیط

کاربردهای میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM

از میکروسکپ الکترونی SEM به طور معمول برای تولید تصاویر با وضوح بالا از اشکال اجسام (SEI) و نشان دادن تغییرات مکانی در ترکیبات شیمیایی استفاده می شود:

• دستیابی به نقشه های عنصری یا تجزیه و تحلیل شیمیایی نقطه ای با استفاده از EDS میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM
• تشخیص فازها بر اساس میانگین عدد اتمی (معمولاً مربوط به تراکم نسبی) با استفاده از BSE میکروسکپ الکترونی روبشی SEM
• نقشه های ترکیبی بر اساس تفاوت در "فعال کننده" های عناصر میکروسکپ الکترونی SEM
• شناسایی فازها بر اساس تجزیه و تحلیل شیمیایی کیفی و / یا ساختار بلوری میکروسکوپ الکترونی SEM
• اندازه گیری دقیق ویژگی های بسیار کوچک و اشیاء تا اندازه 50 نانومتر میکروسکپ SEM
• تشخیص سریع فازها در نمونه های چند فازی میکروسکوپ SEM

ویدئو زیر اجزای اصلی و کارکرد یک میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM را نشان می دهد: