SKENOVACÍ (RASTROVACÍ) ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE



Podobné dokumenty
Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Proč elektronový mikroskop?

Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček

Vlnová délka světla je cca 0,4 µm => rozlišovací schopnost cca. 0,2 µm 1000 x víc než oko

Elektronová Mikroskopie SEM

Techniky mikroskopie povrchů

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

TRANSMISNÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE

ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE V TEXTILNÍ METROLOGII

Analýza vrstev pomocí elektronové spektroskopie a podobných metod

Metody charakterizace

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY DROBNÝCH KOVOVÝCH OZDOB Z HROBU KULTURY SE ZVONCOVÝMI POHÁRY Z HODONIC METODOU SEM-EDX

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY ZLATÝCH A STŘÍBRNÝCH KELTSKÝCH MINCÍ Z BRATISLAVSKÉHO HRADU METODOU SEM-EDX. ZPRACOVAL Martin Hložek

VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA BRNO ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE PRO PŘEDMĚT INSTRUMENTÁLNÍ ANALYTICKÉ METODY VE FARMACEUTICKÉ TECHNOLOGII

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Metody analýzy povrchu

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Metody analýzy povrchu

Elektronová mikroskopie a RTG spektroskopie. Pavel Matějka

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Vybrané spektroskopické metody

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2

C Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289

Co je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur)

Spektroskopie Augerových elektronů AES. KINETICKÁ ENERGIE AUGEROVÝCH e - NEZÁVISÍ NA ENERGII PRIMÁRNÍHO ZDROJE

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Elektronová mikroanalýz Instrumentace. Metody charakterizace nanomateriálů II

J = S A.T 2. exp(-eφ / kt)

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

MIKROSKOPIE JAKO NÁSTROJ STUDIA MIKROORGANISMŮ

DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ

4 ZKOUŠENÍ A ANALÝZA MIKROSTRUKTURY

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

- Uvedeným způsobem získáme obraz na detektoru (v konvenční radiografii na radiografickém filmu).

Ionizační manometry. Při ionizaci plynu o koncentraci n nejsou ionizovány všechny molekuly, ale jenom část z nich n i = γn ; γ < 1.

Laboratoř charakterizace nano a mikrosystémů: Elektronová mikroskopie

Principy chemických snímačů

TRANSMISNÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE

Fluorescence (luminiscence)

K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ

Využití plazmových metod ve strojírenství. Metody depozice povlaků a tenkých vrstev

Fotoelektronová spektroskopie ESCA, UPS spektroskopie Augerových elektronů. Pavel Matějka

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

Senzory ionizujícího záření

1. Zdroje a detektory optického záření

Stručný úvod do spektroskopie

Difrakce elektronů v krystalech a zobrazení atomů

TRANSMISNÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE

Zobrazovací metody v nanotechnologiích

Testování nanovlákenných materiálů

Charakterizace materiálů I KFY / P224. Martin Kormunda

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Charakteristika a mrtvá doba Geiger-Müllerova počítače

Oblasti průzkumu kovů

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Transmisní elektronová mikroskopie Skenovací elektronová mikroskopie Mikroskopie skenující sondou. Mikroskopické metody SEM, TEM, AFM

13. Spektroskopie základní pojmy

Mikroskopie rastrující sondy

Luminiscenční spektroskopické metody

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (40) Zveřejněno N

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

16. Franck Hertzův experiment

Detektory optického záření

Plazma v technologiích

2. Určete frakční objem dendritických částic v eutektické slitině Mg-Cu-Zn. Použijte specializované programové vybavení pro obrazovou analýzu.

Vakuové součástky. Hlavní dva typy vakuových součástek jsou

VÍCEELEKTRODOVÝ SYSTÉM IONIZAČNÍHO DETEKTORU PRO ENVIRONMENTÁLNÍ RASTROVACÍ ELEKTRONOVÝ MIKROSKOP

Elektron elektronová sekundární emise

Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu WIG (TIG) - 141

CÍLE CHEMICKÉ ANALÝZY

DETEKCE SIGNÁLNÍCH ELEKTRONŮ V ENVIRONMENTÁLNÍM RASTROVACÍM ELEKTRONOVÉM MIKROSKOPU

Techniky prvkové povrchové analýzy elemental analysis

Fyzikální metody nanášení tenkých vrstev

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Ionizační detektor pro ESEM Ionization detector for ESEM DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ SCINTILAČNÍ DETEKTOR SEKUNDÁRNÍCH ELEKTRONŮ PRO REM PRACUJÍCÍ PŘI VYŠŠÍM TLAKU V KOMOŘE VZORKU BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Podivuhodný grafen. Radek Kalousek a Jiří Spousta. Ústav fyzikálního inženýrství a CEITEC Vysoké učení technické v Brně. Čichnova

Studium fotoelektrického jevu

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj

Transmisní elektronová mikroskopie (TEM)

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Na základě toho vysvětlil Eisnstein vnější fotoefekt, kterým byla platnost tohoto vztahu povrzena.

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vybrané technologie povrchových úprav. Metody vytváření tenkých vrstev Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Transkript:

SKENOVACÍ (RASTROVACÍ) ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE Klára Šafářová Centrum pro výzkum nanomateriálů, Olomouc 4.12. Workshop: Mikroskopické techniky SEM a TEM

Obsah historie mikroskopie proč právě elektrony typy elektronových mikroskopů rozdíly mezi světelnou a elektronovou mikroskopií interakce elektronů s preparátem konstrukce a základní princip činnosti skenovacího elektronového mikroskopu režimy měření přídavná zařízení SEM možné výstupy ze SEM příprava vzorků pro SEM

Historie mikroskopie -první použitelný mikroskop 1590 Z. Jansen vylepšil ho Galileo Galielei mravenčí oko -v polovině 17. století - Anthony van Leeuwenhoek - primitivní mikroskop (přesně vybrousil čočky a získal silný zvětšovací efekt) jako první viděl a popsal lidské buňky nevýhoda: pouze jednočočkový (270x) -1665 - R. Hooke složený mikroskop s více čočkami

Historie mikroskopie - v 19.století obrovský vývoj (Karl Zeiss výroba mikroskopů, O.Schott -optické sklo, E. Abbe optické principy) - ve 30.letech mikroskop dosáhl své maximální hranice (zvětšení 2000x, rozlišení 0,2µm) pro biology nedostačující (pro zobrazení detailů buněk) mikroskop na jiném princip elektronové mikroskopy místo světla elektrony

Historie mikroskopie 1931 E.Ruska a M.Knoll- první prozařovací elektronový mikroskop 1939 výroba elektronového mikroskopu-siemens(rozliš.sch.: 10nm) 1965-první komerční verze skenovacího mikroskopu

Proč právě elektrony? díky unikátním vlastnostem: záporný náboj lze urychlit elektrickým napětím splňují korpuskulárně-vlnový dualismus de Broglieho vztah λ = h mv vlnová délka 10 5 x kratší než u světla

Proč právě elektrony? kinetická energie urychleného elektronu eu = 1 mv 2 2 dosazením z de Broglieho vztahu = h λ 2meU = 1,226 [ nm] U

Proč právě elektrony? U[V] λ[nm] λ[nm]rel v[ms] 10 2 0,123-5,95x10 6 10 3 0,040-1,87x107 10 4 0,0123-5,85x10 7 10 5 0,00386 0,00370 1,65x10 8 10 6 0,00122 0,00087 2,83x10 8 pro urychlovací napětí větší než U=100kV je třeba do výpočtů zavést relativistické korekce

Typy elektronových mikroskopů - transmisní (prozařovací) elektronový mikroskop (TEM) - v prošlém světle - skenovací (rastrovací, řádkovací) elektronový mikroskop (SEM) - v odraženém světle

Rozdíl mezi světelnou a elektronovou mikroskopií

Interakce elektronů s preparátem

Interakce elektronů s preparátem sekundární elektrony -jsou vyraženy z vnější elektronové slupky atomů preparátu (pouze jsou-li generovány v určité hloubce -desítky nm a mají poloviční energii než primární svazek) při dopadu elektronů na preparát se může uvolit elektron přechod některého z elektronů z vyšší energetické hladiny do vakance uvolní se kvantum energie a dojde k emisi -Augerova elektronu - charakteristického rentgenovského záření některé elektrony vyvolají emisi fotonů = katodoluminiscence

Skenovací elektronový mikroskop - určen k pozorování povrchů vzorků - zobrazení SEM = nepřímá metoda (výsledný obraz tvořen sekundárním signálem SE, BSE) - velká hloubka ostrosti trojrozměrný aspekt

Konstrukce SEM

Konstrukce SEM Zdroje elektronů - termoemisní zdroj (wolframové vlákno, krystal LaB6) na základě průchodu elektrického proudu dojde k zahřátí vlákna a úniku elektronů - autoemisní zdroj (FEG) elektrony emituje studené wolframové vlákno vyleptané do hrotu

Termoemisní zdroje Wolframové vlákno -nízká výstupní energie, vysoký bod tání -nízká hodnota vakua pro provoz -žhavené na 2800ºC -životnost měsíc Krystal LaB 6 -emituje 10x více elektronů než W - žhavené na 2100C -životnost rok

Autoemisní zdroje Autoemise (studená emise) vyvolaná silným elektrickým polem studené wolframové vlákno odleptané do hrotu proti hrotu elektroda s kladným napětím kolem hrotu el. pole vytrhává elektrony z povrchu hrotu nevýhoda: vysoká hodnota vakua

Autoemisní zdroje Schottkyho zdroj -velikost, jas, životnost -větší stabilita než chladný emisní zdroj

Srovnání jednotlivých zdrojů elektronů Schottky Chladný zdroj LaB 6 Wolfram Velikost zdroje (nm) 15 3 10 4 >10 4 Rozsah energie (ev) 0,3-1,0 0,2-0,3 1,0 1,0 životnost >1rok >1rok 1000hod 100hod

Elektromagnetické čočky = prstence z velmi čistého, měkkého železa zasazené v cívkách - pracují pouze ve vakuu - pouze spojky

Vady elektromagnetických čoček Sférická vada - neschopnost zaostřit paprsky z bodového zdroje do bodu - důsledek: zvětšení v krajích jiné než ve středu Chromatická vada -rozdílné energie elektronů ve svazku - zlepšení: maximální stabilizace stabilizace urychl. napětí

Vady elektromagnetických čoček Osový astigmatismus - nesymetrie magnetického pole - zdroj: nečistoty na vnitřních plochách - korekce magnetických polem stigmátoru

Detekce sekundárních elektronů - vysoká citlivost (signál zachycovaný detektorem 1pA-1nA (tzn. dopad 10 6-10 9 elektronů/sek) - široký dynamický rozsah (signál se může měnit z bodu na bod v rozpětí 1:100 i větším) - účinnost (limituje kvalitu obrazu) - velikost (při velkých zvětšeních malá pracovní vzdálenost-co nejblíže elmag.čočkám) - odolnost (tlak, světlo, vlhkost) - cena a životnost

Everhart-Thornleyův detektor - nejčastěji využívaný - scintilátor uvolní záblesk světla na přední straně scintilátoru-tenký kovový film (potenciál 10kV-urychlí dopadající elektrony) světlo jde světlovodem komoru SEM opustí křemenným okénkem mimo vakuum-fotonásobič (převede svět.signál na elektrický a zesílí ho

Everhart-Thornleyův detektor celý detektor ve Faradayově kleci (předpětí 200kV- aby napětí na scintilátoru neovlivnilo dopadající svazek) 60% sekundárních elektronů dopadne na detektor nevýhoda detektoru: ztráta citlivosti

Detektor zpětně odražených elektronů Everhart-Thornleyův detektor - jiné uspořádání - scintilátor na okraji pólových nástavců poslední elmag. Čočky - účinnost záchytu: 50% Polovodičový detektor - využívá P-N přechod nebo Schottkyho diodu

Režimy měření v SEM Měření v módu sekundárních nebo zpětně odražených elektronů

Přídavná zařízení SEM Energiově disperzní analyzátor (EDS) princip: detekce rentgenového záření nositel informace o chem. složení charakteristické rtg záření výstupem EDS analýzy: spektrum četnosti rentgenového signálu v jednotlivých energetických oknech, což jsou píky, které odpovídají jednotlivým prvkům a jejichž výška je úměrná koncentraci daného prvku ve vzorku

urychlovací napětí: 0,5-30kV zvětšení: 30-600000x rozlišení: až 1,2nm Hitachi Su-6600

Výstupy ze SEM Rozměry (průměr částic, délka nanotrubek, )

Výstupy ze SEM Studium povrchů a struktur

Výstupy ze SEM Prvková spektra

Příprava vzorků pro SEM Požadavky na vzorek: - bez cizorodých částic (prach apod.) - stabilní ve vakuu a při ozáření svazkem elektronů - nemělo by docházet k nabíjení - musí být suchý Vzorky - nanomateriálové (oxidy železa, povrchy tenkých filmů,..) - biologické (chrupavky,tkáně,pyl,..)

Nanomateriálové vzorky Ve formě suchého nanoprášku hliníková podložka oboustranná uhlíková lepicí páska (uhlíková nebo stříbrná pasta) nanoprášek Ve formě suspenze suspenze nakápnuta na oboustr. lepicí pásku - přímo na hliníkový terčík

Biologické vzorky požadavky na vzorek splňují pouze některé biologické materiály (zuby, kosti, dřevo, pyl,apod.) ostatní obsahují vodu je třeba odstranit Metody odstranění vody: - chemické častěji využívané - fyzikální

Chemické metody odebrání a očištění vzorku fixace (stabilizace a zamezení degradačním účinkům) -fixační činidla: aldehydy, OsO 4 (nejlepší-formaldehyd) promytí preparátu (vypírací roztoky-pufr a přídavek sacharózy nebo glukózy) dehydratace (nahrazení vody organ. rozpouštědlem-aceton,ethanol) - vzorek projde řadou roztoků se zvyšující se koncentrací organického rozpouštědla sušení a lepení

Zvýšení povrchové vodivosti vysušené objekty - elektricky i tepelně nevodivé nabíjení (deformace preparátu) preparát se pokryje tenkou (10-20nm) vrstvou kovu (Au,Pt,Pt+Pd) odvede se přebytečný náboj pokovit lze vzorek: - vakuovým napařováním - iontovým naprašování - impregnace

Vakuové napařování kov je elektricky zahřátý na danou teplotu (za vysokého vakua) začnou se odpařovat molekuly šíří se všemi směry a po dopadu na preparát a na něm kondenzují

Iontové naprašování založeno na usměrněném výboji v argonové atmosféře účinkem elektrického napětí při výboji - ionizace plynu vzniklé ionty přitahovány ke katodě, obkroužené prstencem z naprašovaného kovu urychlené ionty vyrážejí částice kovu, které se rozptylují srážkami s dalšími molekulami a ionty plynu vznikne mrak, který obalí povrch preparátu tenkou vrstvičkou kovu. Impregnace chemická cesta (reakce osmia s kyselinou tanovou)

Děkuji za pozornost Děkuji za pozornost