Taramalı elektron mikroskobu

Geçirimli elektron mikroskobu ve Taramalı tünelleme mikroskobu ile karıştırılmamalıdır.

Taramalı elektron mikroskobu veya SEM (scanning electron microscope), odaklanmış bir elektron demeti ile numune yüzeyini tarayarak görüntü elde eden bir elektron mikroskobu tipidir. Elektronlar numunedeki atomlarla etkileşerek numune yüzeyindeki topografi ve kompozisyon hakkında bilgiler içeren farklı sinyaller üretir. Elektron demeti raster tarama ile yüzeyi tarar ve demetin konumu, algılanan sinyalle eşleştirilerek görüntü oluşturulur. SEM ile 1 nanometreden daha yüksek çözünürlüğe ulaşılabilir. Standart SEM cihazları yüksek vakumda, kuru ve iletken yüzeyleri incelemek için uygundur. Ancak düşük vakumda, nemli koşullarda (çevresel taramalı elektron mikroskobu), çok düşük sıcaklıklardan yüksek sıcaklıklara değişen koşullarda çalışabilen özelleşmiş cihazlar da mevcuttur.

Bir karınca kafasının taramalı elektron mikroskobuyla alınmış görüntüsü.

SEM'de görüntü oluşturmak için en çok, elektron demeti tarafından uyarılan numune atomlarının yaydığı ikincil elektronlardan (SE) faydalanılır. Numunenin farklı bölgelerinden kopan ikincil elektronların sayısındaki değişim öncelikle demetin yüzeyle buluşma açısına, yani yüzeyin topografisine bağlıdır. İkincil elektronların yanında geri saçılan elektronlar (BSE), karakteristik X-ışınları, ışık (elektron demeti) (CL), numune akımı ve aktarılan elektronlarla da numuneden çeşitli sinyaller elde edilerek amaca uygun topografi ve kompozisyon analizleri yapılır.

Tarihçe

SEM'in erken tarihi McMullan tarafından aktarılmıştır.^[1][2] İlk elektromanyetik lens 1926'da Hans Busch tarafından geliştirdi.^[3] Bir takım başarısız denemelerin ardından 1931'de Alman fizikçi Ernst Ruska ve elektrik mühendisi Max Knoll X400 büyütme gücüne sahip bir elektron mikroskobu prototipi oluşturdular. Bu cihaz elektron mikroskobunun temel prensiplerini ortaya koydu. 1933'te ise Ruska ışık mikroskobu ile elde edilebilen çözünürlüğü aşan bir elektron mikroskobu üretti.^[4] Daha sonra Knoll, elektron demeti taraması kullanarak 50 mm objektif alan genişliğine sahip, kanallama kontrastı gösteren bir fotoğraf çekti. Tüm bu gelişmelerin ardından 1937'de Manfred von Ardenne, daraltılmış ve iyi odaklanmış bir elektron demeti ile çok küçük bir alanı tarayarak, yüksek çözünürlüklü gerçek bir taramalı elektron mikroskobu icat etmeyi başardı.^[5] Ardenne tarama prensibini hem yüksek büyütmeye ulaşmak için, hem de elektron mikroskobunun doğasında bulunan kromatik sapıncı engellemek için uygulamıştır. Ayrıca farklı görüntüleme modları ve SEM teorisi ile ilgili çalışmalar yapmıştır.^[6] SEM cihazları yıllar içinde Zworykin grubu ve Charles Oatley yönetimindeki Cambridge grubu tarafından geliştirilmeye devam edilmiş ve ilk ticari cihaz "Stereoscan" adı ile 1965 yılında Cambridge Scientific Instrument Company tarafından DuPont firmasına satılmıştır.

Çalışma ilkesi

Taramalı Elektron Mikroskobunun vakum odasının görüntüsü.

Yüksek enerjili demet elektronları numune atomlarının dış yörünge elektronları ile elastik olmayan girişimi sonucunda düşük enerjili Auger elektronları oluşur. Bu elektronlar numune yüzeyi hakkında bilgi taşır ve Auger spektroskopisinin çalışma prensibini oluşturur. Yine yörünge elektronları ile olan girişimler sonucunda yörüngelerinden atılan veya enerjisi azalan demet elektronları numune yüzeyine doğru hareket ederek yüzeyde toplanırlar. Bu elektronlar ikincil elektron olarak tanımlanır. İkincil elektronlar numune odasında bulunan sintilatörde toplanarak ikincil elektron görüntüsü sinyaline çevrilir. İkincil elektronlar numune yüzeyinin 10 nm veya daha düşük derinlikten geldiği için numunenin yüksek çözünürlüğe sahip topoğrafik görüntüsünün elde edilmesinde kullanılır

Görüntü almadaki değişkenler

• Uygulanan Voltaj (keV )
• Çalışma Aralığı (mm )
• Objektif Açıklığı (µm )