ỨNG DỤNG PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ TRONG SEM HVTH: Võ Thị Ngọc Thủy GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu (1889-1982), Russia GIỚI THIỆU VỀ KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT SEM LƯỢC SỬ VỀ KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ SEM Kính hiển vi điện tử SEM phát triển Zworykin vào năm 1942 Đến năm 1948 C W Oatley phát triển kính hiển vi điện tử quét mô hình với chùm điện tử hẹp có độ phân giải đến 500 A0 Kính hiển vi điện tử quét thương phẩm sản xuất vào năm 1965 Cambridge Scientific Instrument Mark I Charles Oatley (1904-1996) Cấu tạo SEM Kính hiển vi điện tử gồm có phận sau:  Súng điện tử  Hệ thấu kính từ (Hệ thống cuộn quét, đặt thấu kính thứ hai thứ ba)  Bộ phận giữ mẫu  Hệ thống thu nhận ảnh (Ống nhân quang điện, dùng để ghi nhận chùm điện tử thứ cấp) 2.1 Súng điện tử Súng phóng điện tử tạo chùm điện tử với kích thước điểm nhỏ, lượng điều chỉnh độ tán sắc nhỏ  Cường độ chùm điện tử phát tuân theo định luật Richardson: J = A.T2.exp(-F/kT) Súng điện tử thường gồm ba phần: sợi đốt (tungsten) hình chữ V, hình trụ Wehnelt (điều chỉnh dòng phát xạ e-) anode Comparison of Electron Sources at 20kV Units Tungsten LaB6 FEG (cold) FEG (thermal) FEG (Schottky) Work Function eV 4.5 2.4 4.5 - - Operating Temperature K 2700 1700 300 - 1750 Current Density A/m2 5*104 106 1010 - - Crossover Size μm 50 10 Tiêu cư thấu kính thay đổi dòng dùng để điều khiển nam châm Bán kính quỹ đạo điện tử xác định theo công thức:   E  m  E     e E   r   eB Khe từ tạo từ trường có phân bố thích hợp để điều khiển quỹ đạo điện tử.Ta điều khiển quỹ đạo điện tử cách điều khiển phân bố từ trường B khe từ Hình 2.5: Sự truyền qua điện tử qua thấu kính từ 2.3 HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ TẠO ẢNH NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ SEM Độ phân giải kính hiển vi SEM Độ phân giải SEM phụ thuộc vào kích thước chấm điện tử đập vào mẫu Thông thường, kích thước chấm điện tử lớn kích thước nguyên tử , SEM không phân tích cấp độ nguyên tử Các kính SEM đại có độ phân giải khoảng 1nm-10nm Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải kính SEM: đường kính chùm điện tử, gia tốc, dòng dò v.v giảm đường kính chùm điện tử đến mẫu , dùng độ Hiện tượng quang sai (Aberration) Hiện tượng quang sai tượng sai lệch ảnh thu qua dụng cụ quang học Cầu sai Sắc sai chùm tia xa trục hội tụ so với chùm tia gần trục tạo đĩa tán rộng thay hội tụ điểm Do đơn sắc bước sóng chùm hạt mang điện Cầu sai ( Spherical aberration)  The focal length of near axis electrons is longer than that of off axis electrons  All lenses have spherical aberration -minimum spot size dmin = 0.5Cs a3  Cs is a lens constant equal to the working distance of the lens  Spherical aberration makes the probe larger, degrades the beam profile, and limits the numerical aperture (a) of the probe lens This reduces the current IB which varies as a2 a DOLC Sắc sai (Chromatic aberration)  a   The focal length of higher energy electrons is longer than that for lower energy electrons Chromatic aberration puts a ‘skirt’ around the beam and reduces image contrast The minimum spot size at DOLC is dmin= Cca.E/E0 which increase at low energies and when using sources such as thermionic emitters with a high energy spread E Cách khắc phục quang sai 1/ Độ đơn sắc Chọn nguồn phát xạ nhiệt thích hợp Giảm E Giảm quang sai tăng độ phân giải 2/ Chiếu chùm xung, giảm áp vào điện cực, giúp cho việc hội tụ e- chậm e- nhanh lúc 3/ Giảm tiêu cự vật kính (bằng cách điều chỉnh dòng (thế) 4/ Đặt thêm độ Mẫu đặt vào Tk -> giảm f-> giảm cầu sai ƯU ĐIỂM CỦA SEM  Kính hiển vi điện tử biết cấu trúc tinh thể bề mặt mẫu vật  Phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật  Hoạt động chân không thấp  Tốc độ thu liệu nhanh  Độ phân giải cao  Việc chuẩn bị mẫu đơn giản  Giá thành SEM thấp nhiều so với TEM [...]... CỦA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ SEM Độ phân giải của kính hiển vi SEM Độ phân giải của SEM phụ thuộc vào kích thước của chấm điện tử đập vào mẫu Thông thường, kích thước chấm điện tử lớn hơn kích thước nguyên tử , do đó SEM không phân tích được ở cấp độ nguyên tử Các kính SEM hiện đại có độ phân giải trong khoảng 1nm-10nm Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải của kính SEM: đường kính chùm điện tử, thế gia tốc,... sai 1/ Độ đơn sắc Chọn nguồn phát xạ nhiệt thích hợp Giảm E Giảm quang sai và tăng độ phân giải 2/ Chiếu chùm xung, giảm thế áp vào điện cực, giúp cho việc hội tụ các e- chậm và e- nhanh hơn cùng lúc 3/ Giảm tiêu cự vật kính (bằng cách điều chỉnh dòng (thế) 4/ Đặt thêm khẩu độ Mẫu được đặt vào trong Tk -> giảm f-> giảm cầu sai 4 ƯU ĐIỂM CỦA SEM  Kính hiển vi điện tử chúng ta có thể biết được cấu... giảm đường kính chùm điện tử đến mẫu , dùng khẩu độ Hiện tượng quang sai (Aberration) Hiện tượng quang sai là hiện tượng sai lệch ảnh thu được qua dụng cụ quang học Cầu sai Sắc sai các chùm tia ở xa trục chính sẽ hội tụ kém hơn so với các chùm tia đi gần trục chính và do đó cũng tạo ra một đĩa tán rộng thay vì hội tụ tại một điểm Do sự kém đơn sắc trong bước sóng của chùm hạt mang điện Cầu sai ( Spherical... trúc tinh thể cũng như bề mặt của mẫu vật  Phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật  Hoạt động ở chân không thấp  Tốc độ thu dữ liệu nhanh  Độ phân giải cao  Việc chuẩn bị mẫu đơn giản  Giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM