Post on 10-Jun-2022
Bab 2 Scanning Electron
Microscope (SEM)
1
• SEM : instrumen paling serbaguna untuk pemeriksaan dan analisis struktur mikro, morfologi dan karakterisasi komposisi kimia.
• Mikroskop elektron memanfaatkan sifat gelombang dari elektron berkecepatan tinggi
• Mikroskop elektron dikembangkan karena keterbatasan Mikroskop Cahaya yang dibatasi oleh sifat fisik cahaya (perbesaran hingga 500x atau 1000x dan resolusi 0,2 mm.)
2
Optical Microscope vs SEM
3
Struktur mikro mulai dari struktur kristal hingga
komponen mesin (Si3N4)
Skala dan Teknik Mikroskopi
4
Mag Depth of Field Resolution
OM: 4x – 1000x 15.5mm -0.19mm ~ 0.2 mm
SEM:10x – 500Kx 4mm – 0.4 mm 1 – 10 nm
• SEM memiliki kedalaman bidang yang besar, yang
memungkinkan sejumlah besar sampel menjadi fokus pada
satu waktu dan menghasilkan gambar yang merupakan
representasi yang baik dari sampel tiga dimensi.
• SEM juga menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi,
yang berarti bahwa fitur yang dekat dapat diperiksa pada
perbesaran tinggi.
5
1. Topografi Permukaan fitur dari suatu objek atau "tampilannya", teksturnya; hubungan langsung antara fitur-fitur ini dan sifat-sifat material 2. Morfologi Bentuk dan ukuran partikel yang membentuk objek, hubungan langsung antara struktur dan sifat material ini 3. Komposisi Unsur dan senyawa yang terdiri dari objek dan jumlah relatifnya; hubungan langsung antara komposisi dan sifat material 4. Informasi Kristalografi Bagaimana atom-atom diatur dalam objek; hubungan langsung antara pengaturan ini dan sifat-sifat material
Informasi Karakteristik
6
Kombinasi perbesaran yang lebih tinggi, kedalaman bidang yang lebih besar, resolusi yang lebih besar dan informasi komposisi dan kristalografi menjadikan SEM salah satu instrumen yang paling banyak digunakan di bidang penelitian dan industri, terutama di industri semikonduktor.
7
Why SEM?
Mata tanpa bantuan dapat membedakan objek yang berada di sekitar sudut visual 1/60 °, sesuai dengan resolusi ~ 0,1 mm (pada jarak pandang optimal 25 cm).
Mikroskop optik memiliki batas resolusi ~ 2.000 Å dengan
memperbesar sudut visual melalui lensa optik
8
SEM mirip dengan sebuah televisi. Filamen digunakan untuk mendapatkan elektron, selanjutnya magnet dipakai untuk memindahkannya, dan detektor berfungsi seperti kamera untuk menghasilkan gambar
DETAIL DARI MIKROSKOP ELEKTRON
9
Resolusi and Persamaan Abbe
Batas resolusi didefinisikan sebagai
jarak minimum dimana dua struktur dapat
dipisahkan dan masih muncul sebagai dua objek yang berbeda
Pada panjang gelombang tertentu, ketika resolusi melebihi batas, gambar yang
diperbesar menjadi kabur.
Ernst Abbe [1] membuktikan bahwa batas
resolusi tergantung pada
panjang gelombang
sumber penerangan.
10
• Pembentukan gambar dalam SEM tergantung pada perolehan sinyal yang dihasilkan dari berkas elektron dan interaksi spesimen
• Ada dua kategori luas untuk menggambarkan hamburan elektron: - Elastik: Elektron yang hambur balik - tidak elastis: Elektron sekunder
Interaksi ini dapat dibagi menjadi dua kategori utama:
Interaksi elastis:
Backscattered electrons
Interaksi tidak elastis:
Secondary electron
Deteksi dan Tampilan Sinyal
11
Electron Detectors
12
Hasil hamburan elastis dari defleksi elektron yang terjadi oleh inti atom spesimen atau
oleh elektron kulit terluar dari energi yang sama
ditandai dengan hilangnya energi yang dapat diabaikan selama
tumbukan dan oleh perubahan arah lebar
sudut dari elektron yang tersebar
elektron yang tersebar secara elastis melalui sudut lebih dari 90 ° disebut elektron backscattered (BSE), dan menghasilkan sinyal yang berguna
untuk pencitraan sampel
13
Hamburan tidak elastis terjadi melalui berbagai interaksi antar elektron dan elektron-elektron dengan atom-atom
sampel, dan menghasilkan berkas elektron utama yang mentransfer energi
besar ke atom itu.
Jumlah kehilangan energi tergantung pada apakah elektron spesimen
tereksitasi sendiri-sendiri atau bersama-sama dan pada energi ikat elektron ke
atom.
eksitasi elektron spesimen selama ionisasi atom mengarah ke elektron sekunder (SE) , yang secara konvensional didefinisikan memiliki energi kurang dari 50 eV dan dapat digunakan untuk gambar atau
menganalisis sampel sejumlah sinyal lain dihasilkan
ketika berkas elektron mengenai sampel, termasuk
emisi sinar-X , elektron Auger, 14
Backscattered Electrons
Backscattered electron (BSE) muncul karena tumbukan elastis antara
elektron yang masuk dan inti atom target (mis. Hamburan Rutherford).
Semakin tinggi Z, semakin banyak BSE yang dipancarkan.
Seperti namanya, hamburan elastis menghasilkan sedikit (<1 eV) atau
tidak ada perubahan energi dari elektron yang tersebar, meskipun ada
perubahan dalam momentum (p).
Karena p = mv dan massa elektron tidak berubah, arah vektor
kecepatan harus berubah. Sudut hamburan dapat berkisar dari 0
hingga 180 °.
15
Detektor
Karena BSE memiliki energi tinggi, mereka tidak dapat ditarik
seperti secondary electron (SE).
Detektor yang paling umum digunakan disebut detektor
penghalang permukaan. Terletak di atas sampel, di bawah lensa
objektif. BSE yang mengenai detektor akan terdeteksi..
16
Detektor penghalang permukaan adalah perangkat yang terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor memiliki pita valensi terisi dan pita konduksi kosong - mirip dengan bahan keramik.
Urutan Deteksi
1. Ketika elektron BSE mengenai detektor, elektron dalam material berpindah dari valensi ke pita konduksi.
2. Elektron sekarang bebas bergerak di pita konduksi atau jatuh kembali ke pita valensi. 3. Jika potensial diterapkan, e- dan e + dapat dipisahkan, dikumpulkan, dan arus diukur.
Kekuatan dari arus sebanding dengan jumlah BSE yang mengenai detektor
17
Interaction of Electron with Samples
Beberapa sinyal yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron-spesimen di mikroskop elektron pemindaian dan daerah dimana sinyal dapat dideteksi.
18
Ketika elektron menabrak permukaan spesimen, elektron-elektron menembus ke dalam sampel sampai jarak tertentu
dan bertabrakan dengan atom spesimen..
berkas elektron primer menghasilkan apa yang dikenal sebagai daerah eksitasi primer atau volume interaksi,
dimana berbagai sinyal dihasilkan
Ukuran dan bentuk zona ini sangat tergantung pada berkas energi elektron, nomor atom, dan kepadatan spesimen.
19
Nomor atom rendah Nomor atom tinggi
Pengaruh tegangan akselarasi dan nomor atom pada volume interaksi
20
pengaruh
• Volume dan kedalaman penetrasi meningkat dengan meningkatnya energi sinar.
• dan turun dengan meningkatnya nomor atom spesimen karena spesimen dengan nomor atom yang lebih tinggi memiliki lebih banyak partikel untuk menghentikan penetrasi elektron.
21
Salah satu pengaruh volume interaksi pada
akuisisi sinyal
tegangan akselerasi tinggi
akan menghasilkan panjang penetrasi yang dalam dan wilayah eksitasi
primer yang besar
menyebabkan hilangnya informasi
permukaan yang terperinci dari
sampel
22
SEM dari struktur close-packed opal CaF2, yang diambil dengan berbagai tegangan akselerasi: (a) 1 kV dan (b) 20 kV.
23
Elektron sekunder
Sinyal yang paling banyak digunakan yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron primer dengan spesimen adalah
sinyal emisi elektron sekunder.
Ketika berkas primer menabrak permukaan sampel, maka akan terjadi ionisasi atom spesimen, sehingga ikatan elektron
lepas dan dapat dipancarkan sebagai elektron sekunder
Karena energi yang dimiliki rendah, biasanya sekitar 3-5 eV, sehingga hanya dapat berpindah dari suatu daerah dalam
beberapa nanometer dari permukaan material.
memberikan informasi topografi dengan resolusi yang baik.
24
Secondary Electron
Karena energinya yang rendah, elektron sekunder mudah
tertarik ke detektor yang membawa bias
tertentu
Detektor Everhart – Thornley (ET) adalah pengumpul standar
untuk elektron sekunder di sebagian
besar SEM
Elektron sekunder digunakan untuk kontras topografi dalam SEM, yaitu untuk visualisasi
tekstur dan kekasaran permukaan
25
• Elektron-elektron ini muncul karena tabrakan inelastik antara elektron primer (berkas sinar) dan elektron yang terikat secara longgar dari pita konduksi (lebih mungkin) atau elektron valensi yang terikat erat.
• Interaksi bersifat Coulombic dan elektron yang dikeluarkan biasanya memiliki ˜ 5 - 10 eV.
• 50 eV adalah memotong sewenang-wenang di bawahnya yang dikatakan sebagai elektron sekunder
elektron sekunder
26
• Elektron sekunder adalah elektron energi rendah sehingga dapat dengan mudah dikumpulkan dengan menempatkan tegangan positif (100 - 300V) di bagian depan detektor. Karena ini memungkinkan terkumpulnya sejumlah besar elektron sekunder (50 - 100%), menghasilkan jenis gambar "3D" dari sampel dengan kedalaman bidang yang besar.
• Jenis detektor yang digunakan disebut tabung scintillator / photomultiplier.
Detektor
27
1. Elektron sekunder (SE) dipercepat ke depan detektor dengan tegangan bias 100 - 500 eV.
2. Kemudian dipercepat ke scintillator dengan bias 6 - 12 keV, (10KeV normal). 3. Scintillator adalah plastik atau kaca yang diolah dengan bahan fluorescent
(mis. Europium). Lapisan tipis Al (700Å) menutupinya untuk mencegah cahaya menyebabkan fluoresensi. Potensi 10keV memungkinkan SE untuk melewati Al dan fluoresensi.
4. Foton cahaya bergerak turun ke tabung (pemandu) ke fotokatoda yang mengubahnya menjadi elektron
5. Elektron bergerak melalui detektor, menghasilkan lebih banyak elektron ketika mereka mengenai dinode. elektron output kemudian terdeteksi.
Urutan Deteksi
28
Gambar topografi tergantung pada berapa banyak elektron sekunder yang benar-benar mencapai detektor.
Sinyal elektron sekunder dapat menyelesaikan struktur permukaan hingga ke 10 nm atau lebih baik
Meskipun sejumlah elektron sekunder dihasilkan dari interaksi sinar primer spesimen, tetapi hanya elektron yang mencapai detektor yang akan berkontribusi pada gambar akhir.
Elektron sekunder yang terhalang mencapai detektor menghasilkan bayangan atau lebih gelap dibandingkan daerah-daerah yang memiliki jalur elektron tidak terhalang ke detektor.
29
Pengaruh topografi permukaan dan posisi detektor pada deteksi elektron sekunder
30
Terlihat jelas dalam diagram bahwa topografi juga mempengaruhi zona emisi elektron sekunder.
Ketika permukaan spesimen tegak lurus terhadap sinar, zona
tempat elektron sekunder dipancarkan
lebih kecil daripada yang ditemukan ketika
permukaan dimiringkan.
Elektron dengan tegangan rendah akan
menghasilkan elektron sekunder di daerah permukaan,
yang akan mengungkapkan
informasi struktur yang lebih rinci pada permukaan sampel
31
Backscattered Electrons
A
• SEM dengan deteksi BSEs akan menghasilkan gambar yang memberikan informasi komposisi dan topografi
B
• BSE didefinisikan elektron yang telah mengalami satu atau beberapa peristiwa hamburan dan lolos dari permukaan dengan energi lebih besar dari 50 eV
C
• Tabrakan elastis antara elektron dan inti atom spesimen menyebabkan elektron bangkit kembali dengan perubahan arah sudut lebar
32
D • Kira-kira 10-50% dari
berkas elektron tersebar ke sumbernya, dan rata-rata elektron ini menyimpan 60–80% dari energi awal
mereka.
E • Unsur-unsur dengan
nomor atom yang lebih tinggi memiliki muatan lebih positif pada inti, sehingga, lebih banyak elektron yang tersebar kembali yang berdampak pada jumlah sinar yang tersebar lebih banyak
F • tergantung pada
nomor atom sampel, nomor atom memberikan perbedaan gambar SEM
33
Sebagai contoh, hasil BSE adalah ~ 6% untuk elemen
ringan seperti karbon, sedangkan ~ 50% untuk elemen yang lebih berat
seperti tungsten atau emas.
Karena fakta bahwa BSE memiliki energi yang
besar, yang mencegah mereka diserap oleh
sampel, wilayah spesimen tempat BSE diproduksi
jauh lebih besar daripada elektron sekunder.
Untuk alasan ini resolusi lateral gambar BSE jauh
lebih buruk (1,0 μm) daripada gambar
elektron sekunder (10 nm).
34
Gambar batang nano Ni / Au yang dibentuk oleh (a) sinyal elektron sekunder dan (b) BSE
35
Sifat sinar-X
Sinyal lain yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron primer dengan spesimen adalah sinar-X
Analisis sifat sinar-X menghasilkan informasi kimia yang merupakan teknik analisis mikro yang paling banyak digunakan dalam analisis SEM atau EDX
Ketika elektron di kulit dalam berpindah karena tabrakan dengan elektron primer, elektron kulit luar dapat jatuh ke kulit dalam untuk membangun kembali keseimbangan muatan yang tepat di orbitalnya mengikuti peristiwa ionisasi
36
Elektron lainnya
Elektron Auger Cathodo
luminescence Elektron yang ditransmisikan
Arus pada Specimen
37
38
1 • Electron Guns
2 • Lensa Elektron
3 • Kolom Parameters
4 • Formasi Gambar
5 • Sistem vakum
Komponen Utama SEM
39
40
41
Elektron Gun ada di kolom bagian atas , menghasilkan elektron dan mempercepatnya ke tingkat energi 0,1–30
keV.
Diameter berkas elektron yang dihasilkan oleh hairpin tungsten gun terlalu besar untuk membentuk gambar
beresolusi tinggi
lensa dan lubang elektromagnetik digunakan untuk memfokuskan dan menentukan berkas elektron dan
untuk membentuk titik elektron yang difokuskan pada spesimen
Proses ini mendegradasi ukuran sumber elektron (~ 50 μm untuk filamen tungsten) hingga ke ukuran titik
akhir yang diperlukan (1–100 nm).
lingkungan vakum tinggi, memungkinkan perjalanan elektron tanpa hamburan udara
Dudukan spesimen, gulungan pemindai berkas elektron, deteksi sinyal, dan sistem pemrosesan
menyediakan pengamatan real-time dan rekaman gambar permukaan spesimen.
Electron Guns
Sistem SEM modern mensyaratkan bahwa
elektron gun menghasilkan……..
berkas elektron
stabil dengan arus
tinggi
Ukuran titik kecil
Energi yang dapat diatur
Energi dispersi
kecil
42
dalam SEM ada tiga jenis
electron gun
tungsten “hairpin”
lanthanum hexaboride
(LaB6) cathodes
field emission sources
43
1. Tungsten Electron Guns Tungsten elektron Gun telah digunakan lebih dari 70 tahun dan berbiaya rendah di banyak aplikasi, terutama untuk pencitraan dengan pembesaran rendah dan analisis mikro sinar-x
Skema elektron gun tipe tungsten termionik
Terdiri dari tiga bagian: 1.filamen tungsten hairpin berbentuk V (katoda), 2.silinder Wehnelt, dan 3.anoda,
44
Filamen berbentuk V dipanaskan sampai suhu lebih dari 2.800 K , sehingga elektron dapat
keluar dari permukaan ujung filamen.
Potensial negatif (0,1–30 kV) diaplikasikan pada tungsten dan silinder Wehnelt dengan
suplai tegangan tinggi.
anoda digroundkan, medan listrik antara filamen dan pelat anoda mempercepat elektron menuju
anoda
Potensial sedikit negatif antara silinder Wehnelt dan filamen disebut "bias," memberikan
ekuivalen melengkung tajam di dekat aperture silinder Windehelt menghasilkan fokus dari
berkas elektron.
2. Lanthanum Hexaboride Guns, LaB6
Alternatif untuk filamen tungsten adalah filamen LaB6
memiliki fungsi kerja yang lebih rendah (2,4 eV) daripada tungsten (4,5 eV). Ini berarti LaB6 dapat memberikan >>> emisi elektron yang lebih kuat pada suhu pemanasan yang sama.
elektron gun LaB6 memberikan kecerahan 5 hingga 10 × lebih besar dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan tungsten konvensional gun
45
Keuntungan LaB6 electron gun
area emisi efektif jauh lebih kecil daripada tungsten
electron konvensional gun, sehingga mengurangi ukuran
spot sinar elektron
berkas elektron yang dihasilkan oleh elektron Gun LaB6 memiliki
penyebaran energi lebih kecil, penyimpangan kromatik lebih kecil dengan resolusi gambar
SEM lebih tinggi.
46
(A) gambar SEM dari elektron gun LaB6 dan (b) gambar pembesaran yang lebih tinggi, bintik-bintik kontaminasi kecil mudah dikenali
47
3. Field Emission Guns
48
(a) Sumber Field emisi dengan ujung tajam, (B) gambar pembesaran yang lebih tinggi; dan (c) diagram skematik dari sumber FEG. Kedua anoda berfungsi sebagai lensa elektrostatik untuk membentuk berkas elektron.
Tegangan V1 dengan beberapa kilovolt antara ujung dan anoda pertama dipakai untuk mengekstraksi elektron dari ujung, dan V0 adalah tegangan percepatan
Dua anoda digunakan dalam sistem FEG
Pada sistem ini, medan listrik yang kuat terbentuk pada ujung yang halus, dan elektron ditarik ke arah anoda
dalam FEG, sumber elektron berasal dari kawat tungsten kristal tunggal dengan ujung sangat tajam dan dibuat dengan etsa elektrolitik.
Tiga jenis FEGs yang dipakai pada SEM
1.cold field emission (CFE)
sources
2.thermal field emission (TFE)
sources
3.Schottky emitters (SE)
49
1. Cold Field
Emission (CFE)
a. “cold field” berarti sumber elektron bekerja pada temperatur ruang.
b. Emisi elektron dari CFE murni tergantung pada
medan listrik yang diaplikasikan antara anoda
dan katoda
c. Meskipun arus berkas elektron yang dipancarkan
sangat kecil, kecerahan yang tinggi masih dapat dicapai karena diameter
berkas elektron dan area emisi kecil
d. "flashing sebuah operasi dengan memanaskan ujung field emission sampai suhu lebih dari 2.000 K selama
beberapa detik untuk membersihkan gas yang
terserap di ujung
50
2.thermal field emission (TFE) sources
Dioperasilan pada temperatur tinggi
suhu mengurangi penyerapan molekul gas dan menstabilkan emisi berkas elektron bahkan ketika terjadi degradasi
vakum
51
1 • Kinerja sumber SE dan CFE lebih unggul dari sumber termionik
dalam hal kecerahan, ukuran sumber, dan masa pakai
2 • Sumber SE lebih disukai daripada sumber CFE karena
stabilitasnya lebih tinggi dan pengoperasiannya lebih mudah
3
• area emisi (pemancar) sumber SE sekitar 100 × lebih besar dari sumber CFE, dan mampu menghasilkan 50 × arus emisi lebih tinggi daripada CFE pada penyebaran energi yang sama
52
Berkas elektron dapat difokuskan oleh medan listrik statis atau magnet
berkas elektron yang dikendalikan oleh medan magnet memiliki penyimpangan yang lebih kecil, sehingga hanya
sistem medan magnet yang digunakan dalam SEM
Gulungan kawat, yang dikenal sebagai "elektromagnet," digunakan untuk menghasilkan medan magnet dan
lintasan elektron dapat disesuaikan dengan arus yang diterapkan pada gulungan ini
Lensa elektron dapat digunakan untuk memperbesar atau mendegradasi diameter berkas elektron, karena
kekuatannya bervariasi maka panjang fokus juga bervariasi
53
Electron Lenses
Condenser Lenses
Lensa magnetik umumnya terdiri dari dua buah kutub besi yang berputar simetris di
mana ada belitan tembaga yang menyediakan medan magnet
Ada lubang di tengah potongan kutub yang memungkinkan berkas elektron untuk
melewatinya. Celah lensa memisahkan dua potongan kutub, di mana medan magnet
memfokuskan berkas elektron.
Posisi titik fokus dapat dikontrol dengan menyesuaikan arus lensa
kondensor
Bukaan kondensor, dikaitkan dengan lensa kondensor, dan titik fokus dari berkas elektron berada
di atas bukaan 54
Diagram yang menunjukkan bagaimana elektron bergerak melalui lensa kondensor dan bukaan kondensor.
* Banyak elektron yang tidak homogen atau tersebar ditahan oleh lubang kondensor. 55
Objective Lenses
Berkas elektron akan menyimpang di bawah bukaan kondensor
Lensa objektif digunakan untuk memfokuskan berkas elektron ke titik pemeriksaan di permukaan spesimen dan untuk memasok demagnifikasi lebih lanjut.
Pilihan demagnifikasi lensa dan ukuran bukaan yang tepat menghasilkan pengurangan diameter berkas elektron pada permukaan spesimen (ukuran spot), dan meningkatkan resolusi gambar.
56
Tiga desain objective
lenses
Asymmetric pinhole lens
Symmetric immersion lens
Snorkel lens
57
konfigurasi lensa objektif: (a) lensa lubang jarum asimetris (asymmetric pin hole lens), memiliki penyimpangan lensa besar; (b) lensa imersi simetris (symmetric imersion lens), di mana spesimen kecil dapat diamati dengan simpangan lensa kecil; dan (c) lensa snorkeling, 58
Asymmetric pinhole lens or Conical lens
adalah lensa objektif yang paling umum
Lubang sangat kecil pada kutub, menjaga medan magnet di dalam
lensa dan menyediakan daerah bebas medan magnet di atas spesimen untuk mendeteksi
elektron sekunder.
konfigurasi ini memiliki penyimpangan lensa besar
59
Symmetric immersion lens
spesimen ditempatkan di dalam lensa, yang dapat mengurangi panjang fokus secara signifikan
Konfigurasi ini memberikan simpangan lensa terendah karena
simpangan lensa berbanding langsung dengan panjang fokus.
Tetapi ukuran spesimen tidak boleh lebih dari 5 mm.
60
Snorkel lens
menghasilkan medan magnet yang kuat yang meluas ke
spesimen.
memiliki kelebihan dari lensa pin hole dan lensa immersion, menggabungkan simpangani
lensa rendah dengan mengijinkan spesimen besar.
konfigurasi ini dapat mengakomodasi dua detektor elektron sekunder (detektor
konvensional dan dalam-lensa)
61
Column Parameters
62
ukuran spot dan sudut konvergensi berkas α bukan satu-satunya faktor yang berhubungan langsung
dengan resolusi dan kedalaman fokus gambar SEM
parameter lain seperti energi berkas elektron, arus lensa, ukuran apertur, jarak kerja (WD), dan
penyimpangan lensa elektron kromatik dan akromatik
Sudut konvergensi berkas
63
Aperture
Aperture digunakan untuk menahan elektron yang tersebar dan digunakan untuk mengontrol penyimpangan bola pada lensa akhir
Ada dua jenis aperture
satu di dasar lensa akhir dan dikenal sebagai real aperture
dikenal sebagai virtual aperture dan ditempatkan
di berkas elektron pada titik di atas lensa akhir.
64
65
• Karena elektron yang berasal dari elektron gun telah menyebar dalam energi kinetik dan arah gerakan, maka sulit untuk difokuskan ke bidang yang sama untuk membentuk titik yang tajam.
• Dengan memasukkan aperture, elektron-elektron liar diblokir dan berkas sempit yang tersisa akan sampai pada “Disc of Least Confusion” yang sempit.
bentuk dan ketajaman tepi berkas dipengaruhi oleh real aperture.
virtual aperture, membatasi berkas elektron
virtual aperture ditemukan pada sebagian besar sistem SEM modern.
66
Mengurangi ukuran aperture akan mengurangi sudut berkas α untuk WD yang sama
menghasilkan peningkatan kedalaman bidang dan penurunan arus dalam pemeriksaan akhir
67
Gambar 1.16. SEM pertumbuhan cabang batang nano ZnO yang diambil dengan ukuran aperture berbeda: (a) 30μm dan (b) 7.5μm. Peningkatan kedalaman bidang (depth of field) lihat lingkaran putus-putus
68
Serangkaian kumparan yang mengelilingi berkas elektron, disebut sebagai "stigmator," dapat digunakan untuk memperbaiki astigmatisme dan mencapai gambar dengan resolusi lebih tinggi.
69
Depth of Field
Bagian gambar yang tampak dan fokus disebut “kedalaman bidang.”
Fokus
Terlalu fokus
Kurang fokus
70
Sinar elektron dengan sudut konvergensi (α) lebih kecil memberikan depth field lebih lebar, karena perubahan ukuran titik kurang signifikan di sepanjang arah sinar untuk berkas elektron yang tajam
Disamping aperture size, WD akan mempengaruhi depth field.
71
o Pada WD yang lebih panjang, dengan kerucut sempit berkas elektron menghasilkan peningkatan kedalaman bidang.
o panjang WD tidak berarti resolusi tinggi o Depth field sangat penting pada pengamatan
spesimen dengan variasi topografi yang besar
72
Gambar 1.20 susunan selaras Co-doped ZnO nanowires yang dibuat dengan endapan uap kimia, memperlihatkan peningkatan depth field dengan penambahan jarak kerja Working Distance (WD) dari (a) 3mm s/d (b) 12 mm diperlihatkan dengan lingkaran putus-putus
73
Image Formation
Interaksi kompleks terjadi ketika berkas elektron menimpa permukaan spesimen dan membangkitkan berbagai sinyal untuk pengamatan SEM
Elektron sekunder, BSE, elektron yang ditransmisikan, atau arus spesimen semuanya dapat dikumpulkan dan ditampilkan
Untuk mendapat informasi mengenai komposisi spesimen, maka dilakukan analisis terhadap x-ray tereksitasi atau elektron Auger
74
Pembuatan Signal
Interaksi berkas elektron dengan spesimen terjadi dalam volume eksitasi di bawah permukaan spesimen
Kedalaman volume interaksi tergantung pada komposisi spesimen padat, energi berkas elektron, dan sudut datang.
Dua macam proses hamburan yaitu proses elastis dan non elastik,
75
Hamburan elastis merupakan hasil dari produksi BSEs
Hamburan non elastik - elektron sekunder yang tereksitasi sepanjang volume interaksi. Energi< 50 eV
Sebaliknya, BSE dapat berasal dari kedalaman yang lebih besar di bawah permukaan spesimen.
Sinar-x dieksitasi /dibangkitkan selama interaksi berkas elektron dengan spesimen selain elektron Auger, cathodoluminescence, elektron yang ditransmisikan,
76
Scanning Coils • berkas elektron difokuskan ke titik pemeriksaan pada permukaan spesimen dan
membangkitkan sinyal yang berbeda untuk pengamatan SEM. • untuk membentuk gambar, titik pemeriksaan harus dipindahkan dari satu
tempat ke tempat lain oleh scanning system y • Tetapi informasi ini hanya datang dari satu titik
Sistem pembentukan gambar dalam SEM 77
Scanning coils digunakan untuk membelokkan berkas elektron sehingga dapat memindai permukaan spesimen sepanjang sumbu x atau y
Beberapa detektor digunakan untuk mendeteksi sinyal yang berbeda: • detektor BSE solid state untuk BSE • detektor ET untuk sekunder dan BSE • spektrometer sinar-x untuk karakteristik sinar-X • photomultipliers untuk cathodoluminescence
Sinyal yang terdeteksi diproses dan diproyeksikan pada layar CRT atau kamera
78
Detektor Secondary Electron
Pengembangan SEM menjadi kenyataan komersial, dilakukan Everhart dan Thornley (ET) - detektor untuk SEs
Perangkat ET terdiri dari tiga
komponen
1. scintillator yang mengubah sinyal elektron menjadi
cahaya
2. pipa untuk mentransfer
cahaya
3. PMT yang mengubah sinyal cahaya kembali menjadi sinyal
elektron
79
Contrast Formation
Komposisi spesimen Topografi specimen
• Jumlah elektron sekunder meningkat ketika jumlah atom spesimen meningkat, karena emisi elektron sekunder tergantung pada kerapatan elektron dari atom spesimen.
• Produksi BSE juga meningkat dengan jumlah atom spesimen
Komposisi
80
kontras sinyal elektron sekunder dan sinyal BSE dapat memberikan informasi tentang komposisi spesimen
Sinyal BSE menghasilkan kontras yang lebih baik terkait dengan variasi komposisi spesimen
Mikrograf elektron sekunder dari nikel yang diendapkan secara elektrik pada membran CaF2 close-packed 1 μm
81
Topografi
• Dalam deteksi elektron sekunder, jumlah elektron yang terdeteksi dipengaruhi oleh topografi permukaan spesimen
• Pengaruh topografi pada kontras gambar adalah hasil dari posisi relatif dari detektor, spesimen, dan berkas elektron yang datang.
82
Topografi permukaan juga dapat mempengaruhi efisiensi emisi elektron sekunder.
emisi elektron sekunder akan meningkat secara signifikan di ujung puncak permukaan
83
Memiringkan spesimen, akan mengubah sudut datangnya berkas elektron pada permukaan spesimen, akan mengubah daerah tereksitasi dan juga mengubah daerah emisi efektif elektron sekunder.
Secara umum sudut kemiringan yang besar akan berkontribusi pada peningkatan emisi elektron sekunder
84