Microscopía electrónica de barrido (MEB)

Fuente: Laboratorio del Dr. Andrew Steckl de J., Universidad de Cincinnati

Un microscopio electrónico de barrido o SEM, es un potente microscopio que utiliza electrones para formar una imagen. Permite obtener imágenes de muestras conductoras con aumentos que no se puede lograr usando los microscopios tradicionales. Microscopios ópticos modernos pueden alcanzar un aumento de ~ 1, 000 X, mientras que SEM típico puede alcanzar aumentos de más de 30, 000 X. Porque el SEM no usa luz para crear imágenes, las fotografías resultantes forma son en blanco y negro.

Muestras conductoras se cargan en la etapa de muestra de la SEM. Una vez que la cámara de la muestra alcanza el vacío, el usuario procederá a alinear el cañón de electrones en el sistema para la localización apropiada. El cañón de electrones dispara un haz de electrones de alta energía, que viajan a través de una combinación de lentes y aberturas y finalmente golpeó a la muestra. Mientras el cañón de electrones dispara electrones en una posición precisa en la muestra, los electrones secundarios rebotará de la muestra. Estos electrones secundarios se identifican por el detector. La señal de los electrones secundarios se amplifica y se envía al monitor, creando una imagen 3D. Este video demuestra capacidades imagen, operación y preparación de muestras SEM.

Los electrones se generan por el calentamiento por el cañón de electrones, que actúa como un cátodo. Estos electrones son impulsados hacia el ánodo, en la misma dirección que la muestra, debido a un fuerte campo eléctrico. Después se condensa el haz de electrones, entra en la lente del objetivo, que es calibrada por el usuario para una posición fija en la muestra. (Figura 1)

Una vez que los electrones golpean la muestra conductora, pueden suceder dos cosas. En primer lugar, los electrones primarios que la muestra se túnel a través de él a una profundidad que depende del nivel de energía de los electrones. Entonces, los electrones secundarios y retrodispersados golpeó la muestra y reflejar hacia el exterior de él. Estos reflejan electrones son entonces medidos por los electrones secundarios (SE) o (BS) detector de retrodispersión. Después señal de procesamiento toma lugar, se forma una imagen de la muestra en la pantalla. ¹

De SE modo, se sienten atraídos por sesgo positivo en el frente del detector de electrones secundarios debido a su bajo consumo de energía. La intensidad de la señal es variada según el ángulo de la muestra. Por lo tanto, SE modo proporciona imágenes muy topográficas. Por otra parte, en el modo de BS, la dirección de los electrones es casi directamente enfrente de la dirección e la viga y la intensidad de la detección es proporcional al número atómico de la muestra. Por lo tanto, es menos topográfica, pero útil para imágenes composicionales. Modo de BS es también que menos afectados por el efecto de carga sobre la muestra, que es beneficioso para las muestras no conductoras. ¹

Figura 1. Esquema de la SEM.

1. preparación de la muestra

1. Muestra lugar en trozo de muestra. Si es necesario, se puede usar cinta de carbono unida para la muestra el trozo.
2. Coloque la muestra en un sistema de sputtering de oro. Usando una época sputter, Farfullar oro de 30 s a ~ 70 presión mTorr. Un espesor de capa de oro diferentes puede ser necesario dependiendo de la geometría de la muestra. Superficie más áspera o porosa requiere un tiempo largo farfulla.
3. Retire el trozo de oro sistema de sputtering.

2. inserción y SEM puesta en marcha de la muestra

1. Ventilación de la cámara SEM, lo que permite la cámara hasta alcanzar la presión nominal.
2. Abra el compartimento de muestra del SEM y quitar el escenario de la muestra.
3. Insertar el trozo de muestra que contiene la muestra en el escenario. Apriete el talón en su lugar.
4. Si la distancia z no puede ser controlada por el software, asegúrese de que el escenario muestra con trozo de muestra tiene la altura correcta para obtener la mejor imagen.
5. Poner la etapa de muestra en cámara de la muestra. Cierre el compartimento de muestra.
6. Encienda las bombas y sistema a vacío. El sistema notificará al usuario cuando este se haya completado.
7. Abra el software de SEM. Seleccione la deseada tensión que van desde 1 a 30 kV. Voltaje de funcionamiento más alto da mejor contraste de la imagen, pero puede producir una resolución más baja si los cargos se acumulan en la muestra.

3. captura de la imagen de SEM

1. Comenzar 'Autofoco' en el software de SEM haciendo clic en el icono de llave. Esto adquirirá una imagen enfocada de la muestra a utilizar como punto de partida.
2. Asegúrese de que el aumento se establece en el nivel mínimo de zoom de 50 X.
3. Seleccione el modo 'fast scan'.
4. Ajuste el enfoque en modo grueso hasta que se adquiere un enfoque áspero.
5. Ajustar el escenario manualmente con los botones exteriores para que la región de interés es visible en la pantalla.
6. Aumentar el nivel de ampliación hasta que se observe la característica deseada. Ajuste la perilla de enfoque gruesa para más o menos enfocar la imagen en este aumento. Entonces, mejorar el enfoque con el mando de enfoque fino para obtener una imagen enfocada en el nivel de ampliación deseado. Este paso se repetirá cada vez que se aumenta el nivel de ampliación.
7. Una vez se haya alcanzado la ampliación deseada, ajuste la perilla de enfoque fineza para mejorar la claridad.
8. Para optimizar la claridad de la imagen, aumentar la magnificación cerca del nivel máximo y luego enfocar la imagen mediante la perilla de enfoque fino. Si no puede obtenerse una imagen nítida, ajuste la stigmation en dirección x e y. Mantener ajustando el enfoque y stigmations hasta obtener la imagen más clara en el nivel de ampliación exagerada.
9. Después de alcanzar una calidad de imagen de la muestra, volver al nivel de ampliación deseado. Puede tomar la imagen pulsando el botón de la foto 'foto lento' o ' rápido ' modo. El modo 'foto lento' da mejor calidad y alta resolución de la imagen.

4. realizar mediciones utilizando el Software de SEM

1. En la lista desplegable de 'Paneles', seleccione 'Herramientas de la M.'.
2. Las distintas medidas como longitud, área y ángulo pueden medirse directamente en el software de SEM. Para realizar una de estas medidas, haga clic en el icono deseado en la ventana de M. herramientas.
3. Desplácese hasta el sitio de medición en la imagen SEM. Las mediciones se realizan haciendo clic en la imagen para crear puntos de referencia que será analizada por el software. Puntos de datos medidos pueden insertarse directamente en la imagen si lo desea el usuario.
4. Imágenes luego se guardan en el ordenador.

El SEM, visto en la Figura 2a, se ha utilizado para hacer mediciones y adquisición de fotos de muestra. La muestra consistió de sal cloruro de sodio (NaCl). Fue colocado en el talón como se ve en la figura 2b, luego de unos pocos nanómetros de oro se escupió sobre él para que sea conductora. La conductora muestra entonces fue colocada en el área de muestras SEM como se ve en la figura 2C.

Se obtuvieron imágenes de SEM a 50 X, 200 X, 500 X, 1, 000 X y 5.000 niveles de aumento de X como se ve en la figura 3. Figura 3a muestra una vista de pájaro de la muestra de sal con 50 aumentos. Figura 3b entonces aumenta a una partícula individual de sal en un aumento de 200 X. C de la figura 3 muestra este mismo nivel de aumento pero incluye área y diámetro de las mediciones realizadas dentro del software de SEM. Figura 3d zoom luego a 500 X, que muestra el área de interés en la partícula de sal. Figura 3e muestra un aumento de 1, 000 X, que le permitirán observar la esquina de la partícula de sal que ha sido dañada. Figura 3f muestra un aumento de 5, 000 X, lo que permite al usuario ver la estructura de la partícula de sal.

Figura 2. (a) imagen de SEM. b NaCl sal se coloca sobre el trozo de muestra con cinta de carbón. (c) trozo muestra colocado en etapa de muestra SEM después fue tratado con recubrimiento de oro.

Figura 3. Imágenes de SEM de la muestra en varios niveles de magnificación: (a) 50 X, (b) 200 X, (c) de 200 X con las mediciones, (d) 500 X, (e) 1, 000 X y (f) 5, 000 X.

El SEM es una herramienta muy poderosa que es común en la mayoría de las instituciones de investigación debido a su capacidad a la imagen de cualquier objeto que es conductor, o ha sido tratada con una capa conductora. El SEM se ha utilizado para obtener imágenes de objetos tales como dispositivos de semiconductor, las membranas biológicas² ,³ y⁴ entre otros insectos. También hemos usado el SEM para analizar nanofibras y materiales en papel, biomateriales, estructuras micropatterned. Por supuesto, hay materiales como líquidos, que no se puede colocar en un SEM estándar para la proyección de imagen, pero continua desarrollo de microscopios electrónicos de barrido ambiental (ESEM) permite dicha funcionalidad. ESEM es similar a SEM que utiliza un arma de electrón y analiza la interacción de electrones con la muestra. La principal diferencia es que el ESEM se divide en dos cámaras separadas. La cámara superior consiste en el arma de electrón y entra en un estado de vacío alto, mientras que la cámara inferior contiene la muestra y entra en un estado de alta presión. Porque el área de la muestra no necesita entrar en un vacío, las muestras húmedas o biológicas pueden utilizarse durante el proceso de proyección de imagen. Otro beneficio ESEM es que la muestra no necesita ser recubierto con un material conductor. Sin embargo, ESEM presenta algunas desventajas del contraste de la imagen baja y pequeña distancia de trabajo debido al ambiente de gas en la cámara de muestras. . La regla general es que si eres capaz de cubrir una muestra con una capa conductora, entonces puede ser reflejada en un SEM, lo que para que casi todos los objetos sólidos a analizar.