سایت جامع ایرانیان مقیم ترکیه

اساس تشکیل تصویر در میکروسکوپ الکترونی روبشی

۴ مرداد ۱۳۹۷

اساس تشکیل تصاویر در میکروسکوپ الکترونی روبشی
اساس تشکیل تصاوریر در میکروسکوپ الکترونی روبشی

واکنش الکترون ها با نمونه

زمانی که الکترون ها وارد نمونه می شوند در نمونه پراکنده می شوند و به تدریج انرژی شان را از دست می دهند و در نمونه جذب می شوند. این رفتار در شکل زیر نشان داده شده است.

شبیه سازی مونت کارلو که نشان دهنده رفتار پراکندگی الکترون ها در نمونه است.شبیه سازی مونت کارلو که نشان دهنده رفتار پراکندگی الکترون ها در نمونه است.

محدوده پراکندگی الکترون ها در نمونه بسته به انرژی الکترون، عدد اتمی عناصر نمونه و دانسیته اتم های سازنده متفاوت است. هرچه انرژی بالاتر باشد، محدوده پراکندگی بزرگتر است. برعکس، اگر عدد اتمی و دانسیته بزرگ تر باشند، محدوده پراکندگی کوچکتر است. شبیه سازی مونت کارلو، ما را قادر به فهم این پدیده می کند.

شکل زیر یک دیاگرام شماتیک است که سیگنال های مختلف ساطع شده از نمونه را هنگامی که پرتو الکترونی برخوردی وارد نمونه می شود، نشان می دهد. میکروسکوپ الکترونی روبشی این سیگنال ها را برای مشاهده و آنالیز سطح نمونه (یا فقط زیرسطح) استفاده می کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی یک ابزار مشاهده مورفولوژی ساده نیست و قابلیت انجام آنالیز عنصری و حالت را دارد.

انتشار الکترون های مختلف و امواج الکترومغناطیسی از نمونهانتشار الکترون های مختلف و امواج الکترومغناطیسی از نمونه

شکل زیر توزیع انرژی الکترون های مختلف ساطع شده از نمونه را نشان می دهد. انرژی الکترون های ثانویه به ۵۰ eV و کمتر محدود است، با این وجود توزیع انرژی الکترون های برگشتی بسیار وسیع است. پیک های کوچک که در محدوده الکترون های برگشتی ظاهر شده اند مربوط به الکترون های اوژه هستند.

توزیع انرژی الکترون های ساطع شده از نمونهتوزیع انرژی الکترون های ساطع شده از نمونه

الکترون های ثانویه

هنگامی که پرتو الکترونی برخوردی وارد نمونه می شود، الکترون های ثانویه از انتشار الکترون های ظرفیت از اتم های سازنده در نمونه ایجاد می شوند. هنگامی که انرژی الکترون های ثانویه خیلی کوچک است، آن هایی که در یک منطقه عمیق ایجاد شده اند به سرعت توسط نمونه جذب می شوند و تنها آن هایی که در سطح بالایی نمونه ایجاد شده اند به بیرون از نمونه ساطع می شوند. این بدان معنیست که الکترون ها به سطح بسیار حساس هستند. علاوه بر این، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مقدار انتشار الکترون های ثانویه هنگامی که پرتو الکترونی به طور مایل وارد می شود بیشتر از زمانی است که پرتو الکترونی برخوردی  به طور عمودی وارد نمونه می شود.

رابطه بین زاویه برخورد پروب الکترونی و بازده الکترون ثانویهرابطه بین زاویه برخورد پروب الکترونی و بازده الکترون ثانویه

شکل زیر یک مثال واقعی از تصویر الکترون های ثانویه را نشان می دهد، بنابراین، الکترون های ثانویه برای مشاهده توپوگرافی سطح نمونه استفاده می شوند. به دلیل اینکه الکترون های ثانویه دارای انرژی کم هستند، توسط پتانسیل های نزدیک نمونه تاثیر می پذیرند. در نتیجه، هنگامی که یک نمونه به طور الکتریکی شارژ شود، یک کنتراست غیرعادی ایجاد می شود، و الکترون های ثانویه اغلب برای اندازه گیری ولتاژ کاری یک مدار در یک دستگاه نیمه رسانا استفاده می شوند.

تصویر الکترون ثانویه کریستال اکسید تنگستنتصویر الکترون ثانویه کریستال اکسید تنگستن

الکترون های برگشتی

الکترون های برگشتی آن هایی هستند که به سمت عقب پراکنده می شوند و به بیرون از نمونه ساطع می شوند، هنگامی که الکترون های برخوردی در نمونه پراکنده می شوند. آن ها گاهی الکترون های بازتاب شده نیز نامیده می شوند. چون الکترون های برگشتی دارای انرژی بالاتری نسبت به الکترون های ثانویه هستند، اطلاعات از مناطق نسبتا عمیق در این الکترون ها وجود دارد. الکترون های برگشتی به ترکیب نمونه حساس هستند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هر چه عدد اتمی اتم های سازنده نمونه بالاتر باشد، میزان الکترون های برگشتی بیشتر است. به همین دلیل، یک ناحیه که از اتم های سنگین تشکیل شده در تصویر الکترون برگشتی روشن تر دیده می شود. بنابراین، این تصویر برای مشاهده یک تفاوت ترکیبی مناسب است.

بستگی شدت الکترون های برگشتی به عدد اتمیبستگی شدت الکترون های برگشتی به عدد اتمی

شکل زیر یک مثال واقعی از یک تصویر الکترون برگشتی را نشان می دهد.

مثالی از یک تصویر الکترون برگشتی (نمونه: هد مغناطیسی یک هارددیسک)مثالی از یک تصویر الکترون برگشتی (نمونه: هد مغناطیسی یک هارددیسک)

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، اگر سطح نمونه دارای بی نظمی باشد، شدت الکترون های برگشتی در جهت بازتاب آینه ای بیشتر می شود. این ویژگی می تواند برای مشاهده توپوگرافی سطح استفاده شود.

رابطه بین زاویه برخورد پروب الکترونی و شدت الکترون برگشتیرابطه بین زاویه برخورد پروب الکترونی و شدت الکترون برگشتی

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، اگر یک پرتو الکترونی به یک نمونه کریستالی با ترکیب یکنواخت وارد شود، شدت الکترون برگشتی بسته به جهت گیری کریستال تغییر می کند. استفاده از این پدیده شما را قادر به مشاهده تفاوت جهت کریستالی همانند یک تصویر می کند. کنتراست در این تصویر، کنتراست کانال زنی الکترون (Electron Channeling Contrast) (ECC) نامیده می شود.

رابطه بین جهت کریستالی و شدت الکترون برگشتیرابطه بین جهت کریستالی و شدت الکترون برگشتی

شکل زیر یک مثال از این پدیده را نشان می دهد. اندکی کج شدن نمونه کریستالی سبب تغییر در کنتراست می شود.

مثالی از کنتراست کانال زنی الکترونی (ECC) (نمونه: مقطع عرضی یک برد انعطاف پذیر)مثالی از کنتراست کانال زنی الکترونی (ECC) (نمونه: مقطع عرضی یک برد انعطاف پذیر)

همچنین در صورت تمایل میتوانید نوشته‌های مرتبط زیر را نیز مطالعه کنید:

روش های آنالیز و شناسایی مواد
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
کاربردهای SEM در مهندسی مواد

منابع

۱- به پیوست ارائه شده است.

۲- www.jeol.co.jp/en/applications/detail/891.html

 

لینک کوتاه مطلب

آنالیز مواد متالورژي عطیه سادات میرعباسی پنج شنبه ۴ مرداد ۱۳۹۷ ۱۳۵ بازدید

تمام حقوق قالب و محتوای سایت محفوظ است و هرگونه کپی برداری غیر قانونی و بدون اجازه از سایت پیگرد قانونی دارد