میکروسکوپ های الکترونیکی ابزاری کاملاً متنوع هستند که می­توانند انواع مختلف اطلاعات را با توجه به نیاز کاربر ارائه دهند. در این مقاله ، انواع مختلف الکترونهایی که در یک SEM ایجاد می­شوند ، نحوه شناسایی آنها و نوع اطلاعاتی که می­توانند ارائه دهند ، شرح داده خواهد شد.

همانطور که از نام آن مشخص است ، میکروسکوپ های الکترونی از پرتو الکترونی برای تصویربرداری استفاده می­کنند. در شکل 1 ، تنوع محصولاتی که در نتیجه تعامل بین الکترون و ماده ایجاد می­شود، دیده می­شوند. همه این سیگنال ها اطلاعات مفیدی را در مورد نمونه منتقل می­کنند و این انتخاب عملگر میکروسکوپ را که سیگنال را ضبط می کند میسر می­سازد.

حجم اثر متقابل الکترون - ماده
شکل1. حجم اثر متقابل الکترون – ماده: انواع مختلف سیگنالهای تولید شد

به عنوان مثال ، در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ، همانطور که از نام آن مشخص است ، سیگنالهایی مانند الکترونهای ارسالی شناسایی می­شوند که اطلاعات مربوط به ساختار داخلی نمونه را فراهم می­کنند. در مورد میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ، معمولاً دو نوع سیگنال شناسایی می­شود. الکترون های برگشتی (BSE) و الکترون ثانویه (SE).

تصویربرداری الکترونهای برگشتی (BSE):

الکترونهای نوع BSE از یک منطقه گسترده در داخل حجم فعل و انفعالات نشات می­گیرد. آنها به دلیل برخورد الاستیک الکترون ها با اتم ها رخ می­دهند ، که باعث تغییر در مسیر الکترون ها می­شود. تصور کنید که برخورد الکترون-اتم به اصطلاح مدل “توپ بیلیارد” باشد ، جایی که ذرات ریز (الکترون ها) با ذرات بزرگتر (اتم ها) برخورد می­کنند.

اتمهای بزرگ در مقایسه با اتمهای نور ، دارای پراکندگیهای الکترونی بسیار قویتری هستند و بنابراین سیگنال (پراش) بالاتری ایجاد می­کنند (شکل 2). تعداد الکترونهای برگشتی که به آشکارساز می­رسند متناسب با تعداد (عدد اتمی) Z آنها است. این وابستگی تعداد BSE به عدد اتمی با ایجاد تصاویری که اطلاعات مربوط به ترکیب نمونه را انتقال می­دهد ، به تمایز بین مراحل مختلف کمک می­کند. علاوه بر این ، تصاویر BSE می­توانند اطلاعات مفیدی در مورد توپوگرافی ، کریستالوگرافی و میدان مغناطیسی نمونه ارائه دهند.

تصویر SEM از یک نمونه Al / Cu
شکل2. تصویر SEM از یک نمونه Al / Cu , تصویر ساده از برهم کنش بین پرتو الکترون با آلومینیوم و مس

اتمهای مس (Z بالاتر) الکترونهای بیشتری را نسبت به اتمهای سبک تر آلومینیوم به سمت آشکارساز پراکنده می کنند و بنابراین در تصویر SEM روشن تر به نظر می رسند.

آشکارسازهای حالت جامد متداول ترین آشکارسازهای BSE هستند که معمولاً دارای اتصالات p-n هستند. اصل کار بر اساس تولید ­زوج الکترون – حفره توسط الکترونهای برگشتی است که از نمونه فرار می­کنند و توسط آشکارساز گرفته می­شوند. مقدار این جفتها به انرژی الکترونهای برگشتی بستگی دارد. محل اتصال p-n به دو الکترود متصل شده است ، یکی الکترونها را جذب می کند و دیگری حفره ها را، در نتیجه یک جریان الکتریکی تولید می­کند، که به مقدار الکترونهای جذب شده برگشتی متکی است.

آشکارسازهای BSE در بالای نمونه قرار دارند ، به طور متمرکز در یک پرتو “دونات شکل ” به پرتو الکترون قرار می گیرند ، به طوری که مجموعه الکترونهای برگشتی را به حداکثر می رسانند و آنها از قسمتهای تقارن تقسیم شده تشکیل شده اند. هنگامی که همه قسمت ها فعال هستند ، کنتراست تصویر عدد اتمی Z عدد را نشان می دهد. متناوباً ، با فعال کردن فقط ربع های خاصی از آشکارساز ، می توان اطلاعات توپوگرافی را از تصویر بازیابی کند.

الکترونهای ثانویه

در مقابل ، الکترونهای ثانویه از سطح یا مناطق نزدیک سطح نمونه سرچشمه می گیرند. آنها به دلیل فعل و انفعالات غیر ارتجاعی بین پرتو الکترون اولیه و نمونه رخ می دهند و حاوی انرژی کمتری نسبت به الکترون های برگشتی هستند. همانطور که در شکل 4 مشاهده شده است ، الکترونهای ثانویه برای بررسی توپوگرافی سطح نمونه بسیار مفید هستند.

الف) BSD کامل ، ب) توپوگرافی BSD و ج) تصویر SED از یک برگ.
شکل 4. الف) BSD کامل ، ب) توپوگرافی BSD و ج) تصویر SED از یک برگ.

آشکارساز Everhart-Thornley متداول ترین دستگاه برای تشخیص SE است. این دستگاه شامل یک جرقه زننده درون یک قفس فارادی است که دارای بار مثبت است و SE را به خود جلب می­کند. از جرقه زننده برای سرعت بخشیدن به الکترونها و تبدیل آنها به نور قبل از رسیدن به یک دستگاه چند برابر کننده نوری برای تقویت استفاده می شود. آشکارساز SE در کنار اتاق الکترونیکی ، در یک زاویه قرار گرفته است ، به طوری که باعث افزایش کارایی تشخیص الکترون های ثانویه می­شود.

این دو نوع الکترون سیگنالهایی هستند که توسط کاربران SEM برای تصویربرداری استفاده می­شود. همه کاربران SEM به یک نوع اطلاعات نیاز ندارند ، بنابراین قابلیت داشتن بسیاری از آشکارسازها SEM را به ابزاری کاملاً متنوع تبدیل می­کند که می­تواند راه حل های سودمندی را برای بسیاری از کاربردهای مختلف ارائه دهد.

به طور خلاصه الکترونهای برگشتی پس از فعل و انفعالات الاستیک بین پرتو و نمونه بازتاب می­شوند. الکترونهای ثانویه ، از اتمهای نمونه سرچشمه می­گیرند. آنها در نتیجه فعل و انفعالات غیر ارتجاعی بین پرتو الکترون و نمونه هستند.

منبع:

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14309

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پانزده + 3 =