Il Microscopio Elettronico a Scansione - ppt video online scaricare

Di uno scrittore di uomini misteriosi

Last updated 02 giugno 2024

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Cosa è la Microscopia Elettronica Tecnica che permette l’osservazione di campioni con ingrandimenti e risoluzione 1000 volte superiore alla microscopia ottica ordinaria
Il Microscopio Elettronico a Scansione
Come funziona, come è strutturato.
Tecnica che permette l’osservazione di campioni con ingrandimenti e risoluzione 1000 volte superiore alla microscopia ottica ordinaria.
1924: L. de Broglie propone la teoria ondulatoria della materia. 1926: H. Busch dimostra che i campi elettrici e magnetici a simmetria assiale si comportano come lenti per gli elettroni. Nascita dell’ottica elettronica.
1938: von Ardenne primo prototipo STEM Zworykin realizza il primo prottipo di SEM capace di analizzare campioni massivi Everhart e Thornley introducono il loro rivelatore per elettroni secondari, basato su scintillatore e tubo fotomoltiplicatore. 1965: Cambridge Instruments produce e commercializza il primo SEM. 1986: Ruska vince il Nobel.
Il fascio viene focalizzato da un sistema di lenti e deflesso per scandire una area del campione. L’interazione fascio-campione genera vari segnali che vengono acquisiti da opportuni detectors e successivamente elaborati fino a formare una immagine a livelli di grigio.
morfologia della superficie del campione. composizione chimico fisica. Difettosità elettriche. Contaminazione delle superfici. Misura dei potenziali superficiali.
Alti ingrandimenti (fino a x) Alta profondità di campo. Facile preparazione del campione. La combinazione di alti ingrandimenti, alta risoluzione, larga ampiezza del fuoco e facile preparazione e osservazione del campione rende il SEM uno degli strumenti più affidabili e più semplici da utilizzare per lo studio e la diagnostica delle difettosità nei componenti elettronici.
MO. SEM. TEM. Range di ingrandimento Risoluzione. Ordinaria. 5mm. 0,1mm. 5nm. Per osservazioni accurate. 0,2mm. 20nm. 1nm. Limite. 0,2nm. Profondità di campo. 0,1mm a 10x. 10mm a 10x. limitata allo spessore del film. 1mm a 100x. Ambiente. versatile. richiede il vuoto (0,03Pa)
Il sistema per il vuoto spinto. Le lenti elettromagnetiche (1 o più a seconda dello strumento) Le bobine di deflessione. La lente obiettivo. I rivelatori di segnale. Il sistema di trasformazione dei segnali in immagini. La camera porta-campioni.
Le sorgenti si dividono in due categorie: Emissione termoionica. Emissione di campo. Le sorgenti di emissione termoionica si dividono in. Catodo a filamento di Tungsteno. Catodo in Esaboruro di Lantanio (LaB6) La legge di Richardson esprime la densità di corrente emessa per effetto termoionico. A= Costante legata alle caratteristiche del materiale emettitore. T= Temperatura di emissione. K= Costante di Boltzman. Ew lavoro di estrazione (per il tungsteno 4,5 eV.
Filamento ripiegato a forma di V con raggio di curvatura 100m. Temperatura di esercizio K. Corrente emessa Jc=1,75 A/cm-2. Vuoto richiesto 10-3Pa. Vita media ore.
Circuito di riscaldamento del catodo. - + Resistenza autopolarizzante. Anodo collegato all’alta tensione (fino a 30KV)
Il filamento viene riscaldato a temperature tali che gli elettroni guadagnano energia sufficiente a superare l’energia di estrazione del materiale (emissione termoionica) Gli elettroni vengono attratti verso l’anodo polarizzato con alte tensioni. Il sistema si comporta come una lente elettrostatica formando una immagine del filamento tra il Wehnelt e il catodo. Le lenti elettromagnetiche riducono via via il diametro iniziale.
Asta di LaB6 di 16mm con sezione di 1mm2. Temperatura di esercizio K. Corrente emessa A/cm-2. Vuoto richiesto 10-4Pa (necessità di un ulteriore sistema di vuoto costituito da una pompa ionica)
Emissione dovuta alla capacità di estrazione di elettroni da un monoblocco di Tungsteno appuntito da parte di campi elettrici intensi. Raggio di curvatura del cristallo nm. Vuoto richiesto 10-7Pa.
Il monocristallo di tungsteno è sottoposto all’azione del campo elettrico del primo anodo (circa 3000V) Gli elettroni emessi vengono accelerati dal secondo anodo fino a 100KeV. La lente elettrostatica genera il cross over oltre i due anodi.
Catodo ad emissione di campo
Si è dimostrato che la massima densità di corrente che può essere focalizzata sul campione è: Jb=4ib/d02. ib= corrente totale del fascio. d0= diametro del cross–over. Limitazioni: Aberrazioni delle lenti elettroniche. Diaframmi lungo la colonna. Occorre introdurre una nuova grandezza.
0= semiangolo del cono di raggi che convergono per formare il cross-over.
Jc e T densità di corrente e temperatura alla superficie del catodo. V0 differenza di potenziale tra il catodo e il punto dove si forma la sua immagine.
Emettitore. Vita media (ore) Source size. Brillanza a 25KV. W (termoionico) m. 1 ACm2sr-1. LaB m ACm2sr-1. W (emissione di campo) <100A° ACm2sr-1.
Una lente elettronica è formata da un nucleo cilindrico di ferro dolce contenente un avvolgimento di spire di ferro. Quando viene fatta passare una corrente si genera un campo Elettro-magnetico parallelo all’asse della lente. Il campo, agendo sulla carica elettrica dell’elettrone, devia il suo moto.
Poiché il campo magnetico formatosi non garantirebbe in ogni suo punto la stessa intensità e simmetria, viene adattato all’interno della lente un pezzo polare che concentra in un segmento di pochi millimetri l’intensità del campo. Il diametro del fascio viene così ridotto. In questi pezzi polari vengono inseriti dei diaframmi che hanno lo scopo di limitare l’utilizzazione del fascio elettronico alla sua parte centrale.
Il sistema ottico di un SEM può essere schematizzato come costituito da tre lenti: due condensatrici ed una obiettivo, tra esse è posto un diaframma che controlla l’apertura finale.
Permettono di effettuare una scansione del fascio lungo un area del campione. Una coppia di bobine deflette il fascio lungo l’asse X, una seconda coppia lungo l’asse y. È sincronizzato con il pennello di un tubo a raggi catodici (CRT) che fornisce l’immagine finale.
Risoluzione: la distanza minima tra 2 oggetti per la quale i due oggetti appaiono distinti. In Ottica dipende non solo dalle lenti ma anche dalla lunghezza d’onda della sorgente luminosa. In microscopia ottica il limite di risoluzione è 200nm per via della lunghezza d’onda della luce visibile che varia tra 0.4m e 0.7m.
In microscopia a scansione la fonte di illuminazione è data dagli elettroni e la risoluzione dipende da molteplici fattori legati all’area di generazione del segnale: Intensità e larghezza del fascio primario. Aberrazioni delle lenti elettroniche. Tipologia del segnale generato. Composizione del campione che si studia.
Risoluzione Spot-size stretto Spot-size largo
Maggior risoluzione. Minore numero di elettroni generati. Immagini rumorose: necessità di filtrarle.
Elettroni che si muovono a diversa distanza dall’asse vengono focalizzati in punti diversi. Aberrazione cromatica. Elettroni con diversa energia vengono focalizzati in punti diversi.
Varie imperfezioni (irregolarità di lavorazione nell’avvolgimento delle bobine, disomogeneità nei materiali, contaminazioni) inducono delle asimmetrie nei campi delle lenti. Tuttavia lo strumento e’ dotato di un sistema di bobine di compensazione che consentono di minimizzare tale aberrazione.
Profondità di campo: Intervallo, misurato lungo l’asse ottico (asse z nel microscopio), entro il quale si può spostare il campione senza che la sua immagine appaia fuori fuoco. Dipende dalla apertura angolare delle lenti obbiettivo. Come vedremo, la profondità di campo al SEM è circa 100 volte superiore rispetto al microscopio ottico a parità di ingrandimento.
E’ possibile intervenire sulla profondità di campo aumentando la distanza di lavoro e diminuendo il diametro dell’apertura finale.
Minore e’ l’apertura della lente obiettivo e maggiore e’ la distanza di lavoro WD, maggiore e’ la profondità di fuoco.