میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی | Field Emission Scanning Electron Microscope

میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (Field Emission Scanning Electron Microscope- FE-SEM) همانند میکروسکوپSEM  است و عموما ویژگی‌های اساسیSEM  نظیر قدرت تفکیک، عمق تمرکز، تنوع سیگنال‌ها و پردازش آنها را حفظ کرده است. علاوه بر اینها در FESEM نیازی به هادی کردن نمونه وجود ندارد و در آن امکان ایجاد یک سیستم تزریق مایع فراهم است. همچنین مشاهده دینامیک سیستم گاز-مایع-جامد در آن امکان‌پذیر است.

 

تفاوت دیگر این دو میکروسکوپ در تفنگ الکترونی (منبع تولید الکترون) و روش تولید پرتو الکترونی است. نوع تفنگ میکروسکوپ SEM  انتشار گرمایی و میکروسکوپ FESEM انتشار میدانی است. تفنگ انتشار میدانی به انرژی حرارتی برای غلبه بر سد پتانسیل سطحی نیاز ندارد. با اعمال میدان الکتریکی بسیار بالا به سطح فلز، الکترون ها از سطح جدا می‌شوند.

 

اثر تونلی به جای اثر انتشار گرمایی باعث عبور الکترون های تراز هدایت از سد سطحی می‌شود. هنگام عملیات، الکترون ها توسط میدان ولتاژ اعمال شده، به صورت فیزیکی از نوک بسیار تیز بلور تنگستنی (حدود ۱۰۰ نانومتر شعاع نوک) جدا می‌شوند. تفنگ انتشار میدانی پرتو الکترونی با بیشترین شدت را تولید می‌کند که 104 برابر بزرگ‌تر از تفنگ حرارتی با رشته تنگستنی و ۱۰۰۰ برابر بزرگ‌تر از تفنگ حرارتی با رشته هگزابرید لانتانیم است که نتیجه آن بهبود قدرت تفکیک است. FESEM اطلاعات عنصری و توپوگرافیکی را در بزرگنمایی ۱۰ تا ۳۰۰۰۰۰ برابر، با عمق میدان بصری بی‌نهایت فراهم می‌کند. FESEM در مقایسه با (SEM)، تصاویری واضح‌تر با رزولوشن ۱ تا 5/0نانومتر فراهم می‌کند. اثرات الکترواستاتیکی منفی بر تصاویر FESEM کمتر از SEM است. همچنینFESEM  ها در ولتاژهای پایین‌تر، رزولوشن بیشتری نسبت به SEM ها دارند.

 

لازم به ذکر است، اگر نمونه، ذرات نانومتری است بهتر است از آنالیز FE-SEM به جای آنالیز SEM استفاده نمایید.

 

به طور کلی توانایی‌های آنالیز FESEM به شرح زیر است:

- آنالیز سریع، نسبتاْ کم هزینه و بدون محدودیت در شکل نمونه؛

- توانایی تصویربرداری به صورت سه بعدی؛

- تصاویری واضح‌تر با رزولوشن ۱ تا 5/0نانومتر؛

- آنالیز عنصری.

 

و محدودیت‌های آنالیز  FESEMنیز به صورت زیر است:

- محدودیت برای تصویربرداری از نمونه‌های مرطوب و روغنی؛

- اعمال خلاء می‌تواند منجر به تخریب ساختار نمونه‌های حساس گردد؛

- نمونه‌های لایه نازک با استحکام مکانیکی ضعیف ممکن است با بمباران الکترونی آسیب دیده و عکس‌برداری در بزرگنمایی‌های بالا صورت نگیرد؛

- حساسیت پایین برای آنالیز عنصری برای عناصر با عدد اتمی پایین.