Download - Taramalı Elektron Mikroskobu
![Page 1: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/1.jpg)
Taramalı Elektron Mikroskobu
Bu sunum
Gazi Fen Bilimleri Enstitüsü, İleri Teknolojiler ABD öğrencisi
Doğan Yılmaz tarafından
Prof.Dr. İbrahim USLU danışmanlığında
hazırlanmıştır
Nisan-2013
![Page 2: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/2.jpg)
Giriş
• Taramalı elektron miksopkobisi, bir elektrondemetinin ilgilenilen örnek boyunca taranması ve buörnekten saçılan elektronların algılanıp görüntühaline getirilmesi şeklinde uygulanan topografik birinceleme yöntemidir.
• Elektron demetinin nm boyutunda odaklamakmümkün olduğundan, bu yöntemin sağladığıçözünürlük ve detay çok yüksektir.
![Page 3: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/3.jpg)
Tarihsel gelişimi• 1931 Von Borris ve Ruska TEM i icat edildi.
• 1935 Max Knoll ilk SEM’i üretti (Berlin)
• 1965 ilk ticari SEM üretildi. (Cambridge Scientific Instruments)
• Çözünürlük (1965) : 50 nm
• Yüksek enerjili elektron demetinde rekor (0.4 nm @ 30 kV) Hitachi S-5500
• Düşük enerjili elektron demetinde rekor (0.9 nm @ 1 kV ) FEI company
![Page 4: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/4.jpg)
SEM (1940)
![Page 5: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/5.jpg)
SEM 2010
![Page 6: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/6.jpg)
Avantajlar-Dezavantajlar
• Avantajları;
Çözme Gücü
Çözme Derinliği
Büyütme
• Dezavantajları;
Vakum
İletken numune
Fiyatı ve sarf malzeme masrafları
![Page 7: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/8.jpg)
Avantajlar-Dezavantajlar
![Page 9: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/9.jpg)
Kullanım Yerleri
• Topografi
• Morfoloji
• Şekil, Boyut, vs.
• Kimyasal analiz
• Sıvı özellik taşımayan her türlü iletken malzeme
![Page 10: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/10.jpg)
Mikroskobun çalışma prensibi
• Elektron tabancası
• Saptırma bobinleri
• EM Lensler
• Aperture
• Örnek tutucu
• Dedektörler
• Vakum chamber
![Page 11: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/11.jpg)
Mikroskobun çalışma prensibi
![Page 12: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/12.jpg)
Vakum sistemi
• Mekanik pompa
102 – 10−3 Pa
• Turbo moleküler pompa
10−2 – 10−8 Pa
![Page 13: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/13.jpg)
Vakum niçin önemli?
• Elektron yayan yüzeylerin koroze olmaması için
• Elektronların ortamda bulunan mokeküllerle az etkileşmesi için
![Page 14: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/14.jpg)
Elektron tabancaları
• Örnek üzerine yoğunlaştıracak kadar elektron üreten kaynaklardır.
• 3 çeşit elektron tabancası vardır.
Tungsten
Lanthanum hexaboride (LaB6)
Field emission electron tabancaları
![Page 15: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/15.jpg)
• Filament, elektrik akımı verilerek ısıtılır. Bu sayedeyeterli enerjiye sahip elektronlar filamentin ucundabirikerek bir elekron bulutu oluşturur.
• Filamentin yanına bir pozitif yüklü bir plaka (Anot)yerleştirilirse, elektronlar bu anotun çekimi etkisialtında kalır.
![Page 16: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/16.jpg)
Tungsten Tabanca• Bu kaynakta yayınım yüzeyinin çok küçük olması için
120 um tungten tel ince uç biçimi verecek şekildebükülmüştür. İçinden geçen akımla filament ısınır.
• 2700 C ye kadar ısınır.
• 50-150 saat ömrü vardır.
• Ucuzdur.
• 10−3 Pa çalışma vakumuna ihtiyaç duyar
![Page 17: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/17.jpg)
Lanthanum Hexaboride (LaB6) Tabanca
• LaB6 elektron tabancası kristal haldeki LaB6 nınTungsten veya Rhenium üzerine oturtulması ileoluşturulmuştur. Voltaj uygulandığında kristal ısınırve elektron yaymaya başlar.
• Düşük sıcaklıklarda çalışır.
• Yüksek akımları kaldıracak kadar dayanıklıdır.
![Page 18: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/18.jpg)
FEG Tabanca• FEG tabanca tungsten-zirconium uca sahiptir
• En iyi çözme gücüne ve performansa sahiptir.
• Yüksek vakumda ve yüksek manyetik alan etkisiyleelektronlar telden çekilir. Bu tabancada ısıtma yoktur.
• Çözünürlüğü tungsten elektrodun 1/10 u ve LaB6 nın1/5 i kadardır.
• Ömrü Tungsten filamantınkinden 1000 kat dahafazladır.
![Page 19: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/19.jpg)
Elektron tabancaları
![Page 20: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/21.jpg)
Elektron Optiği - 1
![Page 22: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/22.jpg)
Elektron Optiği - 2
![Page 23: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/23.jpg)
Elektron Optiği - 3
![Page 24: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/24.jpg)
Elektron-örnek etkileşimi
![Page 25: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/25.jpg)
Elektron-örnek etkileşimi• Filamentten elde edilen elektronlar örnek ile çarpışması
sonucu iki çeşit sinyal oluşur.
Elektron sinyalleri ve Foton sinyalleri
![Page 26: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/26.jpg)
Elektron-örnek etkileşimi
![Page 27: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/27.jpg)
Elektron-örnek etkileşimi
![Page 28: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/28.jpg)
Gerisaçılan elektronlar
• Gerisaçılan elektronlar, gelen elektronlar ileincelenen örnekteki atomların çekirdekleriarasındaki elastik çarpışmalardan dolayıoluşur.
• Örnekteki atomların atom numarası ne kadarbüyük olursa o kadar çok sayıda geri saçılanelektron elde edilir.
• Elastik çarpışmada gelen elektronların enerjikaybı çok küçüktür. (<1eV)
![Page 29: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/30.jpg)
İkincil elektronlar
• Bu elektronlar, gelen elektonlar ile iletkenlikbandındaki zayıf bağlı elektronlar veya valanselektronları arasındaki elastik olmayan çarpışmadandolayı meydana gelir.
• Böylece incelenen örnekten elektron koparılmış olur.
![Page 31: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/31.jpg)
İkincil elektronlar
• İkincil elektronlar düşük enerjili elektronlardır.
• Detektöre 100-300 V arasında bir pozitif voltajuygulanması ile kolaylıkla toplanabilirler.
• Bu yolla ikincil elektronların %50-100 arasındaki kısmıtoplanabilmektedir.
• Böylece incelenen bölgenin 3 boyutlu görüntüsü eldeedilmiş olur.
![Page 32: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/33.jpg)
İkincil elektron dedektörü
Side Mounted In-Lens
![Page 34: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/34.jpg)
İkincil elektron dedektörü
Side Mounted In-Lens
![Page 35: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/35.jpg)
Dedektörler
![Page 36: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/36.jpg)
Dedektörler
![Page 37: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/37.jpg)
Büyütme Oranı
• Taranan alanın boyutu küçültülürse büyütme oranıartar.
![Page 38: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/38.jpg)
SEM + EDS
• Örneğin yüzeyine yüksek enerjilielektronlar çarptığında bu çarpışmalardandolayı, örnek yüzeyinde bazı elektronlarkopar.
• Eğer bu elektronlar içteki (çekirdeğe yakın)orbitallerden koparılmışlarsa atomlarkararlıklarını kaybederler. Tekrar kararlıhale gelebilmek için dış orbitalerdekielektronlar iç orbitaldeki boşluklarıdoldururlar.
![Page 39: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/39.jpg)
• Dış orbitallerdeki elektronların enerjileri içorbitallerdeki elektronların enerjilerinden dahayüksek olduğu için, dış orbital elektronların içorbitalleri doldururken belli bir miktar enerjikaybetmek zorundadır.
• Bu kaybedilen enerji x-ışını şeklide ortaya çıkar.
• Energy Dispersive Spektrometry
SEM + EDS
![Page 40: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/40.jpg)
SEM + EDS
• Ortaya çıkan X-ışınlarının enerjisi ve dalgaboyusadece atomla ilgili olmayıp o atomun alışverişdebulunan orbitalleri ile ilgili karakteristik bir özelliktir.
![Page 41: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/41.jpg)
SEM + EDS
• Orbitaller arasındaki elektron geçişi ve oluşan X-ışınlarının isimlendirlmesi.
![Page 42: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/42.jpg)
SEM + EDS
• Örnekten çıkan x-ışınları yarıiletken dedektörtarafından algılanır.
• İletkenlik bandına geçen elektronlar, elektrik sinyalinedönüştürülür.
![Page 43: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/43.jpg)
SEM + EDS
• Örnek içerisindeki elementlerinyüzdeleri, elementlerin piklerinin altındaki alanlarlaorantılıdır.
![Page 44: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/44.jpg)
SEM + EDS
![Page 45: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/45.jpg)
• Elektron demeti litografisi, nanoteknolojiaraştırmalarında yaygın olarak kullanılan ve ilerinanolitografi yetenekleri sağlayan bir tekniktir.
• Bilgisayar kontrollü
• Maskeye ihtiyaç yok
• Yüksek çözünürlük (10 nm)
• Işık kullanan litografik sistemlere göre pahalı ve dahayavaş
SEM + EBL
![Page 46: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/47.jpg)
SEM+ Desen işleyici + Lazer interferometre
![Page 48: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/48.jpg)
Resist SEM
![Page 49: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/49.jpg)
Transistör
![Page 50: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/50.jpg)
UV dedektör -1
![Page 51: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/51.jpg)
UV dedektör - 2
![Page 52: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/52.jpg)
KUANTUM LAZER
![Page 53: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/53.jpg)
Transistör
![Page 54: Taramalı Elektron Mikroskobu](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050805/559a61d81a28ab07698b45eb/html5/thumbnails/54.jpg)