میکروسکوپ های الکترونی روبشی SEM، FE-SEM و ESEM (بررسی و مقایسه)

میکروسکوپ الکترونی روبشی، رایجترین نوع میکروسکوپ الکترونی است و ارزانترین آنالیز برای مشخصه یابی سطح مواد است. در مقاله ی پیش رو سعی می شود سه نوع اصلی این میکروسکوپ را بررسی کرده و با یک دیگر مقایسه کنیم تا پژوهشگران محترم بتوانند آنالیز مورد نیاز خود را به بهترین شکل انتخاب کنند.

SEM

میکروسکوپ الکترونی روبشی یکی از انواع میکروسکوپ های الکترونی است که امروزه به دلیل قیمت ارزان و در دسترس بودن، برای بررسی سطح بسیار کاربرد پیدا کرده است.

اساس کار این میکروسکوپ به این شکل است که از طریق تفنگ الکترونی، باریکه ای از الکترونها ساطع میشوند و این پرتو با عبور از لنز های مختلف، هم راستا میشود و به سمت نمونه ارسال میشود. با بررسی برهمکنش های بین این پرتو الکترونی و سطح ماده، تصویر تشکیل میشود.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد روش کار میکروسکوپ الکترونی روبشی، به مقاله SEM در سایت تمادکالا مراجعه فرمایید.

توانایی ها و محدودیت های آنالیز SEM

توانایی ها :

• آنالیز سریع، نسبتاْ کم هزینه و بدون محدودیت در شکل نمونه
• توانایی تصویربرداری به صورت سه بعدی
• آنالیز عنصری

محدودیت ها :

• محدودیت برای تصویر برداری از نمونه های مرطوب و روغنی
• اعمال خلاء می تواند منجر به تخریب ساختار نمونه های حساس گردد
• نمونه های لایه نازک با استحکام مکانیکی ضعیف ممکن است بر اثر بمباران الکترون آسیب دیده و عکس برداری در بزرگنمایی های بالا صورت نگیرد
• حساسیت پایین برای آنالیز عنصری برای عناصر با عدد اتمی پایین

دریافت آنالیز SEM

FE-SEM

FE-SEM هم همانند میکروسکوپ SEM است اما تفاوت این دو در تنفگ الکترونی و روش تولید پرتو الکترونی است. برای تشکیل تصویر در میکروسکوپ‌های الکترونی، یک منبع تولید الکترون وجود دارد. به منبع تولید الکترون اصطلاحاً تفنگ الکترونی گفته می شود و وظیفه آن تولید پرتو الکترونی پرانرژی است. نوع تفنگ میکروسکوپ SEM انتشار گرمایی و میکروسکوپ FESEM تفنگ انتشار میدانی است. تفنگ انتشار میدانی به انرژی حرارتی برای غلبه بر سد پتانسیل سطحی نیاز ندارد. با اعمال میدان الکتریکی بسیار بالا به سطح فلز، الکترون ها از سطح جدا می‌شوند.

اثر تونلی به جای اثر انتشار گرمایی باعث عبور الکترون های تراز هدایت از سد سطحی می‌شود. هنگام عملیات، الکترون ها توسط میدان ولتاژ اعمال شده، به صورت فیزیکی از نوک بسیار تیز بلور تنگستنی (حدود ۱۰۰ نانومتر شعاع نوک) جدا می‌شوند. تفنگ انتشار میدانی پرتو الکترونی با بیشترین شدت را تولید می‌کند که 104 برابر بزرگ تر از تفنگ حرارتی با رشته تنگستنی و ۱۰۰۰ برابر بزرگ تر از تفنگ حرارتی با رشته هگزابرید لانتانیم است که نتیجه آن بهبود قدرت تفکیک می باشد. FESEM اطلاعات عنصری و توپوگرافیکی را در بزرگنمایی ۱۰ تا ۳۰۰۰۰۰ برابر، با عمق میدان بصری بی‌نهایت فراهم می‌کند. FESEM، در مقایسه با میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی قدیمی (SEM)، تصاویری واضح‌تر با رزولوشن ۱ تا ۰/۵ نانومتر فراهم می کند. اثرات الکترواستاتیکی منفی بر تصاویر FESEM کمتر از SEM است. همچنین FESEM ها در ولتاژهای پایین تر رزولوشن بیشتری نسبت به SEM ها دارند.

اگر نمونه شما ذرات نانومتری است بهتر است از آنالیز FE-SEM به جای آنالیز SEM استفاده نمایید.

توانایی ها و محدودیت های آنالیز FESEM

توانایی های آنالیز FESEM :

• آنالیز سریع، نسبتاْ کم هزینه و بدون محدودیت در شکل نمونه
• توانایی تصویربرداری به صورت سه بعدی
• تصاویری واضح‌تر با رزولوشن ۱ تا ۰/۵ نانومتر
• آنالیز عنصری

محدودیت های آنالیز FESEM:

• محدودیت برای تصویر برداری از نمونه های مرطوب و روغنی
• اعمال خلاء می تواند منجر به تخریب ساختار نمونه های حساس گردد
• نمونه های لایه نازک با استحکام مکانیکی ضعیف ممکن است بر اثر بمباران الکترون آسیب دیده و عکس برداری در بزرگنمایی های بالا صورت نگیرد
• حساسیت پایین برای آنالیز عنصری برای عناصر با عدد اتمی پایین

دریافت آنالیز FESEM

ESEM

در این نوع میکوسکوپ ها درون محفظه ی نمونه، فضای گازی وجود دارد که این گاز در انواع مختلف آن، میتواند متفاوت باشد و در فشار های مختلف قرار داشته باشد. در این دستگاه امکان تهیه ی تصاویر در محدوده ی دمایی -30 تا 1500 درجه ی سانتیگراد وجود دارد.

میکروسکوپ الکترونی محیطی روبشی، عموماً ویژگیهای اساسی SEM نظیر قدرت تفکیک، عمق تمرکز، تنوع سیگنالها و پردازش سیگنالها را حفظ کرده است. علاوه بر اینکه در ESEM نیازی به هادی کردن نمونه (صرفنظر از مقدار ولتاژ شتابدهنده) نیست. ESEM امکان ایجاد یک سیستم تزریق مایع را نیز فراهم کرده است. همچنین مشاهده دینامیک سیستم گاز- مایع- جامد در میکروسکوپ الکترونی محیطی امکانپذیر است.

نکته دیگر در ESEM، کوتاه کردن زمان پمپ کردن (۶۰ تا ۹۰ ثانیه) و محفظه نمونه بزرگتر می باشد. به دلیل عدم حساسیت به نور می توان روزنه دید در آنها تعبیه نمود. این دریچه های دید به طور چشمگیری قراردادن نمونه را در جای خود تسهیل می نماید. بنابراین تصویرسازی سریعتر و راحتتر انجام می گیرد.

در این میکروسکوپ ها نوع گاز داخل محفظه بسیار مهم است(از نظر سمی بودن، واکنش دهندگی شیمیایی و قابلیت اشتعال). متداولترین گاز مورد استفاده به دلیل یونیزاسیون آسان و در دسترس بودن، بخار آب است.

توانایی ها و محدودیت های آنالیز ESEM

توانایی های آنالیز ESEM:

• آنالیز سریع، نسبتاْ کم هزینه و بدون محدودیت در شکل نمونه
• توانایی تصویربرداری به صورت سه بعدی
• آنالیز عنصری
• قابلیت تصوربرداری از نمونه های مرطوب، روغنی و زیستی

محدودیت های آنالیز ESEM:

• نمونه های لایه نازک با استحکام مکانیکی ضعیف ممکن است بر اثر بمباران الکترون آسیب دیده و عکس برداری در بزرگنمایی های بالا صورت نگیرد
• حساسیت پایین برای آنالیز عنصری برای عناصر با عدد اتمی پایین

دریافت آنالیز ESEM

تصاویر گفته شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی

نتیجه گیری:

از میکروسکوپ FESEM در مواقع نیاز به قدرت تفکیک بالا استفاده میشود. این میکروسکوپ برای نانوساختار ها و یا ساختار هایی که نیاز به بررسی با قدرت تفکیک خیلی بالا دارند، بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.

در SEM و FESEM نمیتوان از نمونه های مرطوب و یا روغنی استفاده کرد و به دلیل انرژی زیاد پرتو الکترونی، احتمال صدمه رسیدن به نمونه وجود دارد.
استفاده از میکروسکوپ ESEM برای تصویر برداری از نمونه های مرطوب، روغنی ویا زیستی مناسبتر است. و در برخی از آنها میتوان شرایط محیطی نمونه را به نحو دلخواه(در حدود استاندارد) تعیین کرد.

به طور کلی میکروسکوپ های FESEM و ESEM از میکروسکوپ SEM گرانتر هستند و در مواقعی که لزومی وجود ندارد، بهتر است از SEM استفاده شود.

برای دریافت مشاوره رایگان و مشاهده ی قیمت هر کدام از آنالیز های FESEM، ESEM و SEM میتوانید به بخش آنالیز های سایت تمادکالا مراجعه فرمایید.

مشاوره رایگان آنالیز