| Name: | FEI SEM XL30 - (SEM) | | Category: | Morphological, compositional and structural characterization | |  | | General description | SEM stands for scanning electron microscope. The SEM is a microscope that uses electrons instead of light to form an image. The scanning electron microscope has many advantages over traditional microscopes. The SEM has a large depth of field, which allows more of a specimen to be in focus at one time. The SEM also has much higher resolution, so closely spaced specimens can be magnified at much higher levels. Because the SEM uses electromagnets rather than lenses, the researcher has much more control in the degree of magnification. All of these advantages, as well as the actual strikingly clear images, make the scanning electron microscope one of the most useful instruments in research today.
A beam of electrons is produced at the top of the microscope by an electron gun. The electron beam follows a vertical path through the microscope, which is held within a vacuum. The beam travels through electromagnetic fields and lenses, which focus the beam down toward the sample. Once the beam hits the sample, electrons and X-rays are ejected from the sample. Detectors collect these X-rays, backscattered electrons, and secondary electrons and convert them into a signal that is sent to a screen similar to a television screen. This produces the final image. | | A cosa serve: | Il limite al potere d'ingrandimento di un microscopio ottico è dato dalla lunghezza d'onda della luce visibile.
Per questo motivo, in particolari studi di estrema precisione, viene utilizzato il microscopio elettronico che "illumina" il campione con un fascio di elettroni anziché con radiazione elettromagnetica.
La lunghezza d'onda più corta nella banda del visibile è di circa 4000 angstrom (1 angstrom è pari a 0,0000000001 m, un decimo di miliardesimo di metro), mentre la lunghezza d'onda dell'elettrone è di soli 0,5 angstrom: il potere di risoluzione del microscopio elettronico (ossia la capacità di distinguere particolari minuscoli) è pertanto notevolmente maggiore di quello dei microscopi ottici. | | Come funziona: | Nel microscopio elettronico a scansione (o SEM - Scanning Electron Microscope) un fascio di elettroni colpisce il campione che si vuole osservare.
Dal campione vengono emesse numerose particelle fra le quali gli elettroni secondari. Questi elettroni vengono rilevati da uno speciale rivelatore e convertiti in impulsi elettrici. Il fascio non è fisso ma viene fatto scandire: viene cioè fatto passare sul campione in una zona rettangolare, riga per riga, in sequenza. Il segnale degli elettroni secondari viene mandato ad uno schermo (un monitor) dove viene eseguita una scansione analoga. Il risultato è un'immagine in bianco e nero che ha caratteristiche simili a quelle di una normale immagine fotografica. Per questa ragione le immagini SEM sono immediatamente intelligibili ed intuitive da comprendere.
Il potere di risoluzione di un normale microscopio elettronico SEM a catodo di tungsteno si aggira intorno ai 5 nm. L'immagine SEM ha un'elevata profondità di campo. Il campione è sotto alto vuoto (10-5 Torr) poiché l'aria impedirebbe la produzione del fascio (data la bassa energia degli elettroni), e deve essere conduttivo (oppure metallizzato), altrimenti produce cariche elettrostatiche che disturbano la rivelazione dei secondari.
Gli altri segnali emessi dal campione in seguito all'eccitazione del fascio sono: elettroni riflessi (fenomeno di backscattering), elettroni channelling, raggi X, catodoluminescenza, correnti indotte dal fascio e per alcuni tipi di campioni, anche elettroni trasmessi. Questi segnali possono essere rivelati da appositi rivelatori/apparecchiature e sono usati in numerose tecniche di misura: catodoluminescenza, EBIC, spettroscopia EDX (energy dispersive X-ray microanalisys), channelling patterns, ecc. | | Per cosa si usa: | IL SEM viene impiegato per l'analisi della morfologia superficiale a livello sub-micrometrico per consentire di individuare la presenza di difetti superficiali, porosità, cricche, zone di discontinuità, ecc. Riguardo la caratterizzazione dei rivestimenti superficiali, con l'analisi in sezione trascversale è possibile misurare lo spessore dei vari strati che costiruiscono il rivestimento, la presenza di difetti e le differenze compositive. Il detector EDS consente di effettuare analisi puntuali e mappe compositive delle diverse fasi che costituiscono il campione |
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