انواع تصاویر SEM – الکترونهای برگشتی BSE و تصویربرداری از الکترون ثانویه SE

میکروسکوپ های الکترونی 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.

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.

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

آشکارسازهای حالت جامد متداول ترین آشکارسازهای پراش الکترونهای برگشتی 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.

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 و حاصلی از فعل و انفعالات غیر ارتجاعی بین پرتو الکترون و نمونه هستند.

منبع:

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