Typy sygnałów SEM - Sekcja Mikroskopii Elektronowej

Idź do spisu treści

Menu główne:

Typy sygnałów SEM

Oddziaływanie elektronów z materią

Niezależnie od typu mikroskopii elektronowej badana próbka jest bombardowana strumieniem elektronów. Oczywistym jest, że w wyniku takiego bombardowania zachodzi szereg różnych zjawisk i procesów  związanych z odpowiedzią materii na działanie strumienia elektronów.
Na Rys. 1 przedstawiono schematycznie różne typy sygnałów wysłanych przez próbkę poddaną działaniu wiązki elektronowej. Detekcja tych sygnałów i ich analiza pozwala na uzyskanie informacji dotyczących m. in. składu, charakterystyki topograficznej, krystalograficznej analizowanej próbki. W Tab. 1 przedstawiono główne typy sygnałów emitowanych z próbki poddanej działaniu wiązki elektronowej oraz informację, jaką niosą.

Rys. 1 Główne typy oddziaływań materii z padającą wiązką elektronową.

 

 
Tab. 1. Główne typy sygnałów w skaningowej mikroskopii elektronowej

Sygnał

Informacja

Materiały

Rozdzielczość

Elektrony wtórne

morfologia/topografia powierzchni

wszystkie

1 nm

Elektrony wstecznie rozproszone

liczba atomowa

wszystkie

0.1 - 0.5 μm

Promieniowanie rentgenowskie

skład pierwiastkowy

wszystkie (płaskie)

~1 μm

Katodoluminescencja

przerwa wzbroniona, czasy życia

izolatory, półprzewodniki

~1 μm

 

 

Głębokość penetracji

Wysokoenergetyczne elektrony wnikające w próbkę stopniowo tracą swoją energię i grzęzną z materiale próbki.  
Głębokość penetracji (R) elektronów w próbce zależy ponadto od typu materiału i może być wyznaczona z empirycznej zależności Kanaya-Okayama

gdzie M oznacza masę atomową (g/mol), E energię wiązki pierwotnej (kV), Z jest liczbą atomową, natomiast ρ gęstością (g/cm3) [1].
Głębokość penetracji (R) zależy od energii wiązki pierwotnej. Na Schemacie 2 przedstawiono wartości parametru R oszacowanego dla żelaza (Z=26) na podstawie zależności Kanaya-Okayama dla różnych wartości napięcia przyspieszającego.
W Tab. 2 podano wartości głębokości penetracji (R) wyznaczonej z zależności Kanaya-Okayama dla różnych materiałów przy wybranych wartościach energii wiązki pierwotnej [1].

Schemat 2. Wpływ napięcia przyspieszającego (energii wiązki pierwotnej) na głębokość penetracji.
 
Tab. 2. Głębokość penetracji wyznaczona dla wybranych materiałów z empirycznej zależności Kanaya-Okayama dla różnych wartości energii wiązki pierwotnej

Głębokość penetracji (R) [μm]

Materiał

Energia wiązki pierwotnej [keV]

5

10

20

30

Węgiel (Z=6)

0.52

1.70

5.30

10.40

Aluminium (Z=13)

0.41

1.30

4.20

8.20

Miedź (Z=29)

0.14

0.46

1.50

2.90

Złoto (Z=79)

0.085

0.27

0.86

1.70

 

 

 
Objętość oddziaływania


Różnego typu sygnały powstające wskutek oddziaływania elektronów z wiązki pierwotnej z materią generowane są z pewnej objętości próbki.
Typ sygnału zależy od energii wiązki pierwotnej i głębokości oddziaływania. W wyniku sprężystych i niesprężystych zderzeń elektronów z materiałem próbki generowanych jest wiele różnych sygnałów, których detekcja może być źródłem informacji różnego rodzaju o badanym preparacie. Najważniejszymi typami sygnałów emitowanych przez badaną próbkę są elektrony wtórne, elektrony wstecznie rozproszone, elektrony Augera, promieniowanie rengtenowskie (ciągłe i charakterystyczne), fluorescencja. Sygnały te generowane są z określonej głębokości badanego materiału [1].
Na Rys. 2 przedstawione zostały przykładowe wartości głębokości, z jakich emitowane są wymienione wyżej sygnały dla próbki miedzi bombardowanej pierwotną wiązką elektronową (tutaj przykładowo dla wiązki o energii 20 kV).

Schemat 1. Objętość oddziaływania wiązki pierwotnej z materiałem próbki.
Rys. 2 Objętość oddziaływania i typy sygnałów generowanych z określonych głębokości próbki miedzi przez pierwotną wiązkę elektronową (20 kV).
 
 

[1] Goldstein J. I., Newbury D. E., Echlin P., Joy D. C., Jr A. D . R., Lynman C. E., Fiori C., Lifshin E., Scanning electron microscopy and microanalysis, Plenum Press, New York & London 1992.

 
 

Aktualizacja 2014-01-20

Poprawny CSS!

Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego