Сканирующий электронный микроскоп

Сканирующий электронный микроскоп

Сканирующий электронный микроскоп ( англ. Scanning Electron Microscope, SEM ) - научный прибор, позволяющий получать изображение поверхности образца с большой разрешением (менее микрометра). Изображение, полученные с помощью растрового электронного микроскопа, являются трехмерными и удобными для изучения структуры сканированной поверхности. Ряд дополнительных методов ( EDX, WDX - методы), позволяет получать информацию о химическом составе приповерхностных слоев.


1. Принцип работы

Исследуемый образец в условиях промышленного вакуума сканируется сфокусированным электронным пучком средних энергий. В зависимости от механизма регистрации сигнала различают несколько режимов работы сканирующего электронного микроскопа: режим отраженных электронов, режим вторичных электронов, режим катодолюминесценции и т.д. Разработанные методики позволяют исследовать не только свойства поверхности образца, но также визуализировать и получать информацию о свойствах подповерхностных структур, расположены на глубине несколько микрон от сканируемой поверхности.


2. Режимы работы

2.1. Детектирование вторичных электронов

Излучением формирующее картинку поверхности образца в большинстве моделей приборов является именно вторичные электроны, которые попадают к детектору типа Эверхарт-Торнли, где и формируется первичное изображение, которое после программно-процессорной обработки попадает на экран монитора. Как и в трансмиссионных электронных микроскопах для фотографирования, ранее, использовали пленку. Фотокамерой снимали изображения в черно-белом экране электронно-лучевой трубки высокой четкости. Сейчас, сформированная картинка просто отображается в интерфейсном окне управляющей микроскопом компьютерной программы и после фокусировки оператором может быть сохранена на жесткий диск компьютера. Изображение, которое формируется с помощью сканирующих микроскопов отличается высокой контрастностью и глубиной. В некоторых моделях современных приборов, благодаря применению технологии multibeam и использование специального программного обеспечения, можно получить 3D изображение поверхности исследуемого объекта. Например, такие микроскопы производит японская фирма JEOL.


2.2. Детектирование отраженных электронов

3. Разрешение

Пространственная разрешение сканирующего электронного микроскопа зависит от поперечного размера электронного пучка, который в свою очередь зависит от характеристик электронно-оптической системы, фокусирует пучок. Разрешение также ограничена размером области взаимодействия электронного зонда с образцом, т.е. от материала мишени. Размер электронного зонда и размер области взаимодействия зонда с образцом гораздо большие расстояния между атомами мишени, таким образом, разрешение сканирующего электронного микроскопа не достаточно большой, чтобы отражать атомарные масштабы, как это возможно, например, в электронном микроскопе, работающий по принципу просвечивания. Однако, сканирующий электронный микроскоп имеет свои преимущества, включая способность визуализировать сравнительно большое область образца, способность исследовать массивные мишени (а не только тонкие пленки), а также разнообразие аналитических методов, позволяющих исследовать фундаментальные характеристики материала мишени. В зависимости от конкретного прибора и параметров эксперимента, можно достичь значения разрешения от десятков до единиц нанометров.


4. Применение

Сканирующие микроскопы применяются в первую очередь как исследовательский инструмент в физике, материаловедении, электронике, биологии. В основном для получения изображения исследуемого образца, может сильно варьироваться в зависимости от типа детектора, который используется. Эти различия полученных изображений позволяют делать выводы о физических свойствах поверхности, проводить исследования рельефа поверхности. Электронный микроскоп практически единственный прибор, который может дать изображение поверхности современной микросхемы или промежуточной стадии процесса фотолитографии.

Изображение пыльцы
Структура феррита и пластинчатого перлита в стали
Бактерия Micrococcus luteus