스캐닝 전자 현미경 검사법 (SEM)

전자 현미경 검사법 또는 SEM을 스캐닝하는 것은 스캔된 전자 빔을 사용하여 시료의 표면 구조 및 화학 적 조성을 분석하는 화학 및 재료 분석에 사용되는 강력한 기술입니다.

현대 광 현미경은 회절이라고 하는 물체와 가시광선파의 상호 작용에 의해 제한됩니다. 두 오브젝트 간의 가장 작은 회수 거리 또는 측면 해상도는 오브젝트 크기에 비해 회절 패턴의 크기에 따라 다릅니다. 그 결과, 광 현미경은 최대 1,000X의 최대 배율과 이상적인 상황에서 최대 200nm의 측면 해상도를 가지고 있습니다.

SEM은 빛이 아닌 전자빔을 사용하기 때문에 회절에 의해 제한되지 않습니다. 따라서 SEM은 나노미터 이하의 측면 해상도를 사용하여 최대 100만 X의 배율에 도달할 수 있습니다. 또한, SEM은 가벼운 현미경검사와 마찬가지로 초점 평면에서만 이미징 기능에 국한되지 않습니다. 따라서 초점 평면 외부의 물체는 흐릿하게 보이는 가벼운 현미경 검사법과 는 달리 해결됩니다. 이렇게 하면 SEM을 사용하면 최대 300배 증가된 필드 깊이를 제공합니다.

화학자는 널리 촉매 입자와 같은 나노 스케일 개체의 표면 조성, 구조 및 모양을 분석하기 위해 SEM을 사용합니다.

이 비디오는 SEM 계측기의 원리를 설명하고 실험실에서 SEM 샘플 준비 및 작동의 기본을 보여줍니다.

SEM에서 샘플은 기존의 이미징을 위해 전도성이어야 합니다. 비전도성 샘플은 금과 같은 얇은 금속 층으로 코팅됩니다. 그런 다음 시료를 가로질러 고에너지 전자의 집중 빔을 스캔하여 이미지가 생성됩니다.

SEM에 사용되는 전자 빔은 텅스텐 필라멘트 음극이 장착 된 전자 총에 의해 생성됩니다. 전자는 양극쪽으로, 시료의 방향으로, 전기장에 의해 추진된다.

전자 빔은 응축기 렌즈에 초점을 맞추고 객관적인 렌즈에 들어갑니다. 객관적인 렌즈는 사용자가 전자 빔을 샘플의 고정 위치에 집중하도록 보정해야 합니다. 그런 다음 집중된 빔이 샘플을 가로질러 래스터를 스캔합니다.

1차 전자가 시료와 상호 작용할 때 전자 빔 에너지에 의존하는 깊이로 터널링합니다. 표면과의 이러한 상호 작용은 이차 및 백산재 전자의 방출을 초래하며, 이는 각각의 검출기에 의해 측정됩니다.

방출된 이차 전자의 신호 강도는 시료의 각도에 따라 달라집니다. 빔에 수직인 표면은 이차 전자를 적게 방출하므로 더 어둡게 나타납니다. 표면 의 가장자리에, 더 많은 전자가 해제되고 영역이 밝게 나타납니다. 이 현상은 석면의 이 SEM 검사에서 와 같이 잘 정의된 3D 모양의 이미지를 생성합니다.

대조적으로, 백산성 전자는 전자 빔의 반대 방향으로 반사됩니다. 검출 강도는 샘플의 원자 수가 증가함에 따라 증가하여 유리에 포함된 이 백스캐터 이미지와 같이 표면의 조성 정보를 습득할 수 있게 합니다.

이제 SEM 기기의 원리가 설명되었으므로 실험실에서 SEM의 기본 작동이 입증됩니다.

시작하려면 스퍼터는 샘플을 샘플 스텁에 배치하여 코팅합니다. 샘플이 완전히 건조하고 탈기되어 있는지 확인하십시오. 필요한 경우 양면 전도성 탄소 테이프를 사용하여 샘플을 스텁에 부착할 수 있습니다. 샘플을 스퍼터링 시스템에 넣습니다. 샘플에 몇 나노미터의 금을 스퍼터링합니다. 금층의 두께는 코팅이 시료의 형태를 방해하는지에 따라 달라집니다.

스퍼터링 시스템에서 샘플을 제거합니다. 샘플 표면에서 금속 스텁까지 전도성 브리지가 있는지 확인합니다.

샘플이 코팅되면 이미지를 이미지할 준비가 되었습니다. 이렇게하려면 먼저 SEM 샘플 챔버를 배출하고 챔버가 명목 압력에 도달 할 수 있습니다.

SEM 샘플 구획을 열고 샘플 스테이지를 제거합니다. 스텁을 샘플 스테이지에 놓고 스텁을 제자리에 조입니다.

작동 거리라고 하는 렌즈와 샘플 사이의 거리가 소프트웨어에 의해 제어될 수 없는 경우 스테이지와 스텁이 이미지를 얻기에 적절한 높이를 갖도록 합니다.

샘플 스테이지를 샘플 챔버에 넣고 구획을 닫습니다.

진공 펌프를 켜고 시스템이 펌핑할 수 있습니다.

이미징을 시작하려면 SEM 소프트웨어를 엽니다. 1~30kV범위의 원하는 작동 전압을 선택합니다. 고밀도 재료의 경우 더 높은 가속 전압을 사용해야 합니다. 저밀도 재료의 저가속 전압을 선택합니다.

대부분의 SEM 소프트웨어에는 자동 초점 기능이 포함되어 있습니다. 이렇게 하면 시작점으로 사용할 샘플의 포커스가 수집됩니다.

배율을 최소 줌 레벨50X로 설정합니다.

SEM은 빠른 스캔 및 느린 스캔과 같은 다른 스캔 모드가 있습니다. 빠른 스캔 모드는 더 낮은 품질로 화면의 빠른 새로 고침 속도를 제공합니다. 샘플을 찾고 거친 초점을 시작하려면 시작할 빠른 스캔 모드를 선택합니다.

이미지가 선명해질 때까지 코스 포커스를 조정합니다. 다음으로, 관심 영역을 디스플레이에서 볼 수 있도록 스테이지 포지셔닝을 조정합니다.

첫째, 거친 초점을 사용하여 가장 낮은 배율에 초점을 맞춥니다. 그런 다음 원하는 피쳐가 관찰될 때까지 배율 수준을 늘립니다. 코스 포커스를 조정하여 이 배율에서 이미지를 대략 집중시합니다. 필요한 경우 배율이 증가하면 거친 초점을 조정합니다.

그런 다음 미세 한 초점을 조정하여 이미지를 더욱 향상시킵니다. 배율이 증가할 때마다 이러한 초점 단계를 반복합니다.

비대칭 빔 왜곡은 샘플이 잘 초점을 맞춘 경우에도 난시라고 불리는 이미지의 흐림을 일으킬 수 있습니다. 이 효과를 줄이려면 배율을 최대 수준으로 높이고 미세 포커스를 사용하여 이미지에 초점을 맞춥니다. 그런 다음 x 및 y 방향으로 낙인을 조정하여 빔의 모양을 변경합니다.

이미지가 증가된 배율 수준에서 가능한 한 초점을 맞출 때까지 초점 및 낙인 설정을 계속 조정하십시오.

그런 다음 원하는 배율 수준으로 돌아갑니다.

SEM 이미지는 "느린 사진" 또는 "빠른 사진" 모드에서 획득할 수 있습니다. "빠른 사진" 모드는 품질이 낮은 이미지를 생성하지만 더 빠르게 획득됩니다. "느린 사진" 모드는 더 높은 품질의 이미지를 생성하지만 전자로 표면을 포화시킬 수 있습니다.

캡처된 이미지 내의 기능을 측정하려면 소프트웨어의 측정 도구를 활용합니다.

대부분의 계측기에는 길이, 면적 및 각도와 같은 측정 옵션이 포함됩니다.

길이를 결정하려면 SEM 이미지에서 측정할 거리를 선택합니다. 이미지를 클릭하여 소프트웨어에서 분석할 참조 점을 만듭니다.

완료되면 제조업체 지침에 따라 SEM을 종료합니다.

전자 현미경 검사법은 광범위한 샘플을 이미지화하는 데 사용됩니다.

SEM은 탄소 섬유 막과 같은 복잡하고 고도로 구조화된 물질을 이미지화하는 데 사용될 수 있다.

샘플은 높은 수준의 다공성 및 3차원 구조를 보였다. 촉매와 같은 응용 분야에 매우 바람직한 속성입니다.

SEM은 또한 박테리아와 같은 생물학적 샘플을 이미지화하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서는, 창 자 박테리아의 부속기, 또는 pili 같이 머리는 SEM으로 심화되었습니다.

헬리코박터 파일로리는 혈액 천접시에서 재배되었고, 박테리아는 유리 커버 전표에 씨를 뿌린 것입니다.

완전히 건조된 시료를 장착하고 5nm의 팔라듐 골드로 코팅하여 시료를 전도성있게 만들었다.

마지막으로, 시료는 측정 가능한 나노스케일 필리와 함께 SEM H. 파일로리를 사용하여 쉽게 볼 수 있었다.

이 예는 뇌 조직이 안정된 수지에 삽입된 다음 집중된 이온 빔및 SEM을 사용하여 3차원으로 이미지되는 방법을 설명합니다.

첫째, 뇌 조직은 수지에 고정되고 내장되었습니다. 그런 다음 관심 영역을 식별하고 마이크로 토메로 슬라이스합니다.

샘플은 3차원 이미징을 위해 집중 이온 빔 스캐닝 전자 현미경으로 삽입하였다. 그런 다음 집중된 이온 빔을 사용하여 시료의 얇은 층을 순차적으로 제거하는 데 사용되었습니다. 각 레이어는 백스캐터 SEM을 사용하여 제거하기 전에 이미지화되었습니다.

당신은 방금 전자 현미경 검사에 대한 JoVE의 소개를 보았습니다. 이제 SEM의 기본 작동 원칙과 SEM 샘플을 준비하고 분석하는 방법을 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!