ویژه های مهامکس

انتخاب ولتاژ شتاب دهنده بهینه برای مشاهده جزییات نانومتری در FESEM

تاریح انتشار:۱۷ دی ۱۳۹۸
تعداد بازدید:
دسته بندی: SEMمقالات مفید

ولتاژ شتابدهنده مناسب در آنالیزهای میکروسکوپی مانند آنالیز SEM و TEM منجر به دست یابی به کنتراست تصویر بهتر و در نتیجه مشاهده جزییات بیشتر هنگام تصویربرداری می شود. دلیل این امر تغییر طول موج الکترون های فرودی با تغییر ولتاژ و انرژی اولیه آنها است. با افزایش ولتاژ شتابدهنده، طول موج الکترون های فرودی و به تبع آن اندازه بیم الکترونی برخورد الکترون با نمونه (Spot Size) کاهش می یابد که منجر به قدرت تفکیک بهتر و مشاهده جزییات بیشتر در تصویر می شود. افزایش ولتاژ از طرفی از آنجایی که منجر به افزایش انرژی بیم الکترونی می شود، می تواند باعث تخریب نمونه نیز شود و مخصوصا در مورد نمونه های بیولوژیک توصیه نمی شود. شکل ۱ تصویر مسیر حرکت الکترون در Si را در ولتاژهای شتابدهنده مختلف (E0=1,5, 10 KeV) نشان می دهد. در ولتاژ ۱۰ کیلو الکترون ولت حجم نفوذ الکترون ها، Dv، در حدود ۱ میکرومتر است. در ۵ کیلوالکترون ولت در حدود ۰.۳ میکرومتر و در ۱۰ کیلو الکترون ولت کمتر از ۰.۳۵ نانومتر می باشد. حجم نفوذ الکترون ها به طور قابل ملاحظه ای به دلیل کاهش انرژی نفوذ الکترون ها، کاهش می یابد. این امر منجر به مشاهده جزییات بیشتر در FESEM همانند TEM در ولتاژهای کم می شود.

تفسیر آنالیز FESEM

بطور کلی FESEM نسبت به SEM به دلیل اندازه بیم الکترونی کوچکتر (۱ نانومتر در ۳۰ کیلوالکترون ولت و ده نانومتر در یک کیلوالکترون ولت)، قدرت تفکیک فضایی بهتری دارد. اندازه کوچکتر اندازه بیم الکترونی به در FESEM نسبت به SEM، تفاوت در تفنگ الکترونی آنهاست. در FESEM اندازه بیم الکترونی اولیه نسبت به SEM کوچکتر و متمرکزتر می باشد که منجر می شود متمرکز کردن بیم الکترونی روی نمونه و کاهش اندازه بیم الکترونی روی نمونه می شود. در نتیجه با استفاده از آنالیز FESEM، مشاهده جزییات و فازهای نانومتری در محدوده ۵ تا ۵۰ نانومتر در ولتاژهای شتابدهنده کمتر نسبت به SEM با استفاده از مد الکترون های برگشتی امکان پذیر می باشد. بسته به جنس نمونه (بیولوژیک، فلزی، سرامیکی و …)، ولتاژ شتابدهنده الکترون ها برای دست یابی به بهینه کنتراست تصوبر متفاوت است.

انتخاب ولتاژ شتاب دهنده بهینه برای مشاهده جزییات نانومتری در FESEM

بطور تجربی نشان داده شده است که معمولا ولتاژ مورد استفاده در FESEM در مورد نمونه هایی که پوشش طلا ندارند، ۰/۵ تا ۱/۵ کیلوولت می باشد. در مورد نمونه هایی که پوشش دارند، ولتاژ ۵ کیلوولت معمولا مناسب است. در صورتی که بخواهید از بزرگ نمایی ها بالا (بین ۵۰ تا ۱۰۰ هزار برابر) استفاده کنید، استفاده از پوشش طلا بهترین گزینه برای پوشش دهی نیست و معمولا از ترکیب Au-Pd و یا Pt استفاده مناسبت تری می باشد گرچه این پوشش ها نیز در این بزرگنمایی ها دیده می شوند. اما همانطور که در بالا اشاره شد، انتخاب ولتاژ بهینه برای دستیابی به بهترین قدرت تفکیک (بیشترین بزرگ نمایی) بستگی به نمونه، دستگاه و شرایط آزمایش دارد.