7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 1/15

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai 200nm

sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm. Dibawah ini diberikan perbandingan hasil

gambar mikroskop cahaya dengan elektron.

Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan beberapa jenis pantulan yang berguna

untuk keperluan karakterisasi. ika elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu

pantulan elastis dan pantulan non elastis seperti pada gambar dibawah ini.

!ada sebuah mikroskop elektron "#E$% terdapat beberapa peralatan utama antara lain&

1. !istol elektron, biasanya berupa 'ilamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas elektron misal tungsten.

2. (ensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negati' dapat dibelokkan oleh

medan magnet.

). #istem *akum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara yang lain elektron yang

berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga menghilangkan

molekul udara menjadi sangat penting.

!rinsip kerja dari #E$ adalah sebagai berikut&

1. #ebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

2. (ensa magnetik mem'okuskan elektron menuju ke sampel.

). #inar elektron yang ter'okus memindai "scan% keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai.

+. etika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh

detektor dan dikirim ke monitor "C-%.

#ecara lengkap skema #E$ dijelaskan oleh gambar dibawah ini&

(sumber:iastate.edu)

 /da beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh #E$. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron

sekunder dan karakteristik sinar sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron.

#inyal sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.

!erbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai berikut& elektron

sekunder menghasilkan topogra'i dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi berwarna lebih cerah dari

permukaan rendah. #edangkan backscattered elektron memberikan perbedaan berat molekul dari atom – atom

yang menyusun permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan

berat molekul rendah. Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini disajikan pada gambar dibawah ini.

$ekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini. !ermukaan yang tinggi akan

lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan gambar yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang

rendah atau datar.

#edangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar dibawah ini yang secara

prinsip atom – atom dengan densitas atau berat molekul lebih besar akan memantulkan lebih banyak elektron

sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas rendah. $aka teknik ini sangat berguna untuk membedakan

 jenis atom.

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 2/15

amun untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung multi atom para peneliti lebih banyak

mengunakan teknik ED# "Energy Dispersi*e #pectroscopy%. #ebagian besar alat #E$ dilengkapi dengan

kemampuan ini, namun tidak semua #E$ punya 'itur ini. ED# dihasilkan dari #inar karakteristik, yaitu dengan

menembakkan sinar pada posisi yang ingin kita ketahui komposisinya. $aka setelah ditembakkan pada posisi

yang diinginkan maka akan muncul puncak – puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung.

Dengan ED# kita juga bisa membuat elemental mapping "pemetaan elemen% dengan memberikan warna

berbeda – beda dari masing – masing elemen di permukaan bahan. ED# bisa digunakan untuk menganalisa

secara kunatitati' dari persentase masing – masing elemen. Contoh dari aplikasi ED# digambarkan pada

diagram dibawah ini.

 /plikasi dari teknik #E$ – ED# dirangkum sebagai berikut&

1. opogra'i& $enganalisa permukaan dan teksture "kekerasan, re'lekti*itas dsb%

2. $or'ologi& $enganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel

). omposisi& $enganalisa komposisi dari permukaan benda secara kuantitati' dan kualitati'.

#edangkan kelemahan dari teknik #E$ antara lain&

1. $emerlukan kondisi *akum

2. 3anya menganalisa permukaan

). -esolusi lebih rendah dari E$

+. #ampel harus bahan yang kondukti', jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas.

Fungsi mikroskop elektron scanning atau SEM adalah dengan memindai terfokus balok halus

elektron ke sampel.Elektron berinteraksi dengan sampel komposisi molekul. Energi dari

elektron menuju ke sampel secara langsung dalam proporsi jenis interaksi elektron yang

dihasilkan dari sampel. Serangkaian energi elektron terukur dapat dihasilkan yang dianalisis

oleh sebuah mikroprosesor yang canggih yang menciptakan gambar tiga dimensi atau

spektrum elemen yang unik yang ada dalam sampel dianalisis.Ini adalah rangkaian elektron

yang dibelokkan oleh tumbukan dengan elektron sampel.Sebelum menjelajahi jenis elektron

dihasilkan oleh SEM khas, pemahaman dasar dari teori elemen yang dikelilingi

diklasifikasikan tabel periodik perlu disebutkan.Sepanjang sejarah banyak fisikawan,

matematikawan, dan ahli kimia mempelajari unsur-unsur di bumi. Beberapa nama

 

Ini adalah karya Proust yang terinspirasi John Dalton (1766-1844) untuk mengembangkan

hipotesis-nya ke "Hukum perbandingan berganda":

• Ketika dua unsur membentuk suatu rangkaian senyawa, rasio massa dari elemen

kedua yang menggabungkan dengan 1 gram dari elemen pertama selalu bisa direduksi

menjadi bilangan bulat kecil.Seorang ahli kimia Rusia bernama Dmitri Mendeleev (1834-1907) menyusun 63 unsur yang

dikenal ke tabel berdasarkan massa atom mereka.Susunan elemen akhirnya berubah menjadi

tabel periodik modern unsur digunakan di seluruh dunia.

Melalui kerja keras orang-orang ini dan sejumlah orang lain, sejumlah besar informasi yang

disusun dan diuji untuk menetapkan prinsip dasar digunakan saat ini dalam pengembangan

mikroskop elektron scanning modern. Sebelum menjelajahi lebih lanjut ke teori dan

fungsionalitas dari EDX / mikroskop SEM, itu adalah layak disebut dualitas elektron dan x-

ray.Awal percobaan dengan elektron dan karakteristik fisik telah menyebabkan ilmuwan

untuk memodifikasi pemahaman dasar fisika.Sebelum kemajuan teknologi modern, banyak ilmuwan harus menjelaskan perilaku fisik berdasarkan interaksi kimia yang dilihat dengan

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 3/15

mata telanjang.Ketika prinsip-prinsip radiasi elektro magnetik pertama kali diperkenalkan,

konsep ini paling mudah dijelaskan sebagai gelombang yang berjalan di panjang dan

frekuensi tertentu.Kemudian eksperimen menunjukkan bahwa cahaya dan x-rays partikel

aktual yang dapat dideteksi.Singkatnya, rontgen dianggap baik sebagai gelombang dan

partikel.Lebih khusus, mereka adalah paket kecil dari gelombang elektromagnetik yang

disebut kuanta atau partikel yang disebut foton.

Tergantung pada jenis informasi analis yang tertarik pada jenis elektron satu studi. Setiap

elektron yang dihasilkan dari berkas elektron primer yang dihasilkan oleh SEM ketika

melanggar sampel yang diberikan menghasilkan elektron energi tertentu yang dapat

diukur.Jenis-jenis elektron yang dihasilkan untuk setiap contoh yang diberikan perlu terlebih

dahulu dieksplorasi.Elektron yang dihasilkan dari komposisi molekul sampel diklasifikasikan

sebagai baik dan elektron inelastis elastis.

Elektron inelastik adalah elektron energi rendah dibelokkan dari sampel.Kebanyakan diserap

oleh spesimen, tetapi mereka yang melarikan diri dekat permukaan.Elektron ini disebutelektron sekunder, yaitu energi elektron muncul kurang dari 50eV, 90% dari elektron

sekunder memiliki energi kurang dari 10 eV, sebagian besar dari 2 sampai 5 eV.Elektron

sekunder memberikan informasi topografi permukaan dan putih, tiga dimensi gambar hitam

sampel.Ini adalah gambar paling umum kebanyakan orang mengasosiasikan dengan

SEM.Elektron elastis adalah setiap elektron yang berinteraksi dengan berkas elektron utama

untuk menghasilkan energi spesifik dari tabrakan dan menahan sebagian besar

energinya.Elektron ini dikategorikan sebagai:

• Elektron Backscattered-menghasilkan komposisi dan crystallographical informasi

permukaan, topologi.

•

Diserap saat ini yang memungkinkan studi struktur internal semi-konduktor atau(EBIC).

• Cathodluminescence-menunjukkan dan energi tingkat distribusi di fosfor.

• elektron Auger-berisi informasi dan kimia unsur dari lapisan permukaan.

• Karakteristik X-ray radiasi-hasil Mikroanalisis dan distribusi unsur-unsur sampel

yang diberikan.

Sebuah SEM khas memiliki kemampuan untuk menganalisa suatu sampel tertentu

menggunakan salah satu metode yang disebutkan di atas. Sayangnya, setiap jenis analisis

dianggap merupakan tambahan perangkat aksesori untuk SEM.Yang paling umum aksesori

dilengkapi dengan SEM adalah dispersif energi x-ray detektor atau EDX (kadang-kadang

disebut sebagai EDS).Jenis detektor memungkinkan pengguna untuk menganalisis sampel

komposisi molekul.

Dengan biaya-biaya dari Scanning Electron Microscopes (SEM) yang turun dalam beberapa

tahun terakhir, SEM berubah melebihi pusat bursa yang berkisar pada pusat-pusat penelitian,

universitas, pusat-pusat analisis, dan sebagainya menjadi suatu alat yang aplikasinya lebih

luas yang mencakup sekolah-sekolah tinggi dan divisi pengendalian mutu dari banyak 

industri. Demikian juga dengan munculnya kebutuhan untuk memahami komposisi dan

distribusi dari unsur-unsur disamping untuk mengamati bentuk material, sekarang telah lazim

untuk bisnis dan organisasi-organisasi memperkenalkan alat analisa ‘Energy Dispersive X-

Ray’ (EDX) pada waktu yang bersamaan dengan pembelian SEM.

SEM dan EDX telah dirancang secara konvensional untuk penggunaannya oleh ahli teknologi

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 4/15

analitis. Akan tetapi, dengan perkembangan bursa dari SEM/EDX yang cepat, dibutuhkan

perkembangan untuk meningkatkan kemampuan dari alat-alat ini sehingga dapat digunakan

dengan mudah oleh ahli mesin yang bekerja dalam Pengendalian mutu.

Juga dengan kemajuan dalam bidang elektronik, operasi SEM/EDX telah berubah dari analog

menjadi operasi digital, dengan pengatur alat dan pengolahan data yang dilakukan olehcomputer. Biasanya, suatu sistem operasi WindowsTM dan aplikasi Windows digunakan,

membuat lingkungan system yang hampir setiap orang dapat menggunakan dengan mudah.

Berdasarkan pada kebutuhan dan perubahan bursa dalam lingkungan teknologi, maka

dibuatlah SEM-EDX yang merupakan suatu system analisis yang menggabungkan SEM dan

EDX menjadi satu unit.

BAB 11

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian

SEM (Scanning Electron Microscope) adalah salah satu jenis mikroscop electron yangmenggunakan berkas electron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang

dianalisis. Prinsip kerja dari SEM ini adalah dengan menggambarkan permukaan benda atau

material dengan berkas electron yang dipantulkan dengan energy tinggi. Permukaan material

yang disinari atau terkena berkar electron akan memantulkan kembali berkas electron atau

dinamakan berkas electron sekunder ke segala arah. Tetapi dari semua berkas electron yang

dipantulkan terdapat satu berkas electron yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi.

Detector yang terdapat di dalam SEM akan mendeteksi berkas electron berintensitas

tertinggi yang dipantulkan oleh benda atau material yang dianalisis. Selain itu juga dapat

menentukan lokasi berkas electron yang berintensitas tertinggi itu.

Ketika dilakukan pengamatan terhadap material, lokasi permukaan benda yang ditembak dengan berkas elektron yang ber intensitas tertinggi di – scan keseluruh permukaan material

pengamatan. Karena luasnya daerah pengamatan kita dapat membatasi lokasi pengamatan

yang kita lakukan dengan melakukan zoon – in atau zoon – out. Dengan memanfaatkan

berkas pantulan dari benda tersebut maka informasi dapat di ketahui dengan menggunakan

program pengolahan citra yang terdapat dalam computer.

SEM (Scanning Electron Microscope) memiliki resolusi yang lebih tinggi dari pada

mikroskop optic. Hal ini di sebabkan oleh panjang gelombang de Broglie yang memiliki

electron lebih pendekdek daripada gelombang optic. Karena makin kecil panjang gelombang

yang digunakan maka makin tinggi resolusi mikroskop.

  (Gambar SEM)

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 5/15

SEM mempunyai depthoffield yang besar, yang dapat memfokuskan jumlah sampel yang

lebih banyak pada satu waktu dan menghasilkan bayangan yang baik dari sampel tiga

dimensi. SEM juga menghasilkan bayangan dengan resolusi tinggi, yang berarti mendekati

bayangan yang dapat diuji dengan perbesaran tinggi.

Kombinasiperbesaranyanglebihtinggi,darkfield,resolusi yang lebih besar,dankomposisi serta

informasi kristallografi membuat SEM merupakan satu dari peralatan yang paling banyak digunakan dalam penelitian, R& D industri khususnya industri semikonductor

Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu

mencapai 200nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm. Dibawah

ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya Dengan elektron

Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan beberapa jenis

pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda

maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis seperti

pada gambar dibawah ini.

1. Pada sebuah mikroskop elektron (SEM) terdapat beberapa peralatan utama antara lain:

Pistol elektron, biasanya berupa filamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas

elektron misal tungsten.

2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negatif dapat

dibelokkan oleh medan magnet.

3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara yang

lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh tumbukan sebelum mengenai

sasaran sehingga menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting.

SEM tersusun dari beberapa bagian yang dapat dibuat suatu skema seperti berikut

a. Penembak Elektron (Elektron Gun)

Ada dua tipe dari elektron Gun, yaitu:

1.Termal 

Pada emisi jenis ini, energi luar yang masuk ke bahan ialah dalam bentuk 

energi panas. Oleh elektron energi panas ini diubah menjadi energi kinetik. Semakinbesar

panas yang diterima oleh bahan maka akan semakin besar pula kenaikan energy kinetik yang

terjadi pada elektron, dengan semakin besarnya kenaikan energi kinetic dari elektron maka

gerakan elektron menjadi semakin cepat dan semakin tidakmenentu. Pada situasi inilah akan

terdapat elektron yang pada ahirnya terlepas keluarmelalui permukaan bahan. Pada proses

emisi thermionic dan juga pada proses emisilainnya, bahan yang digunakan sebagai asal

ataupun sumber elektron disebut sebagai"emiter" atau lebih sering disebut "katoda"

(cathode), sedangkan bahan yangmenerima elektron disebut sebagai anoda. Dalam konteks

tabung hampa (vacuumtube) anoda lebih sering disebut sebagai "plate". Dalam proses emisi

thermionic dikenal dua macam jenis katoda yaitu :

a) Katoda panas langsung (Direct Heated Cathode, disingkat DHC)

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 6/15

b) Katoda panas tak langsung (Indirect Heated Cathode, disingkat IHC)

Pada katoda jenis ini katoda selain sebagai sumber elektron juga dialiri oleh arusheater

(pemanas).Material yang digunakan untuk membuat katoda diantaranya adalah :

Tungsten FilamenMaterial ini adalah material yang pertama kali digunakan orang untuk membuatkatode.

Tungsten memiliki dua kelebihan untuk digunakan sebagai katoda yaitumemiliki ketahanan

mekanik dan juga titik lebur yang tinggi (sekitar 3400 derajatCelcius), sehingga tungsten

banyak digunakan untuk aplikasi khas yaitu tabung XRayyang bekerja pada tegangan sekitar

5000V dan temperature tinggi. Akan tetapiuntuk aplikasi yang umum terutama untuk aplikasi

Tabung Audio dimana tegangankerja dan temperature tidak terlalu tinggi maka tungsten

bukan material yang ideal,hal ini disebabkan karena tungsten memilik fungsi kerja yang

tinggi( 4,52 eV) danjuga temperature kerja optimal yang cukup tinggi (sekitar 2200 derajat 

celcius).

 2. Field emissionPada emisi jenis ini yang menjadi penyebab lepasnya elektron dari bahan ialahadanya gaya

tarik medan listrik luar yang diberikan pada bahan. Pada katoda yangdigunakan pada proses

emisi ini dikenakan medan listrik yang cukup besarsehingga tarikan yang terjadi dari medan

listrik pada elektron menyebabkanelektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar

dari permukaan katoda.Emisi medan listrik adalah salah satu emisi utama yang terjadi pada

vacuum tubeselain emisi thermionic.

Jenis katoda yang digunakan adalah :

Cold Field Emission

Schottky Field Emission Gun

b. lensa Magnet

c. secondary Elektron Detector

d. Backcattered Electron Detector

Demikian, SEM mempunyai resolusi tinggi dan familiar untuk mengamati obyekbenda

berukuran nano meter.Meskipun demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkanuntuk scan

dalam arah horizontal, sedangkan scan secara vertikal (tinggi rendahnyastruktur) resolusinya

rendah.Ini merupakan kelemahan SEM yang belum diketahuipemecahannya. Namun

demikian, sejak sekitar tahun 1970-an, telah dikembangkanmikroskop baru yang mempunyairesolusi tinggi baik secara horizontal maupun secaravertikal, yang dikenal dengan "scanning

probe microscopy (SPM)"( Oktaviana, 2010 ). Di bawah ini disajikan hasil pengamatan SEM

dengan berbagai batasdan kemungkinan pembesarannya.

B. Prinsip Kerja Alat

1. Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:

 Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh

koil pemindai.

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 7/15

4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan

diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).

Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:

(sumber:iastate.edu)

Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis

didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis

didapatkan sinyal backscattered electron. Sinyal -sinyal tersebut dijelaskan pada gambar

dibawah ini.

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai berikut:

elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi

berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered elektron memberikanperbedaan berat molekul dari atom – atom yang menyusun permukaan, atom dengan berat

molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah.

Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini disajikan pada gambar dibawah ini.

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini.

Permukaan yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan gambar

yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang rendah atau datar.

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar dibawah

ini yang secara prinsip atom – atom dengan densitas atau berat molekul lebih besar akanmemantulkan lebih banyak elektron sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas

rendah. Maka teknik ini sangat berguna untuk membedakan jenis atom.

Namun untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung multi atom para peneliti

lebih banyak mengunakan teknik EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Sebagian besar alat

SEM dilengkapi dengan kemampuan ini, namun tidak semua SEM punya fitur ini. EDS

dihasilkan dari Sinar X karakteristik, yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi yang

ingin kita ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan

maka akan muncul puncak – puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung.Dengan EDS kita juga bisa membuat elemental mapping (pemetaan elemen) dengan

memberikan warna berbeda – beda dari masing – masing elemen di permukaan bahan. EDS

bisa digunakan untuk menganalisa secara kunatitatif dari persentase masing – masing elemen.

Contoh dari aplikasi EDS digambarkan pada diagram dibawah ini.

 

(sumber: umich.edu)

C. Prinsip Operasi

Insiden elektron sinar membangkitkan elektron dalam keadaan energi yang lebih rendah,

mendorong ejeksi mereka dan mengakibatkan pembentukan lubang elektron dalam struktur

elektronik atom.Elektron dari kulit, energi luar yang lebih tinggi kemudian mengisi lubang,

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 8/15

dan kelebihan energi elektron tersebut dilepaskan dalam bentuk foton sinar-X. Pelepasan ini

sinar-X menciptakan garis spektrum yang sangat spesifik untuk setiap elemen. Dengan cara

ini data X-ray emisi dapat dianalisis untuk karakterisasi sampel di pertanyaan. Sebagai

contoh, kehadiran tembaga ditunjukkan oleh dua K puncak disebut demikian (K dan K α

)β pada sekitar 8,0 dan 8,9 keV dan puncak αL pada 0,85 eV. Dalam unsur-unsur berat seperti

tungsten, sebuah ot transisi yang berbeda yang mungkin dan banyak puncak karena ituhadir( Irawan, 2010 ).

Pada SEM sampel tidak ditembus oleh elektron sehingga hanya pendaran hasil dari tumbukan

elektron dengan sampel yang ditangkap oleh detektor dan diolah( Oktoviawan, 2009 ).

D. Instrumentasi

• Konfigurasi Sistem

Dengan system konvensional, EDX yang berdiri sendiri dikombinasikan dengan SEM yang

terpisah, sehingga operator harus belajar menggunakan kedua system, dan masing-masing

system harus dioperasikan secara terpisah. Melalui SEM-EDX, SEM dan EDX digabungkan

menjadi satu unit, mengurangi kebutuhan akan Operasi yang komplek/ rumit.

Fungsi dari suatu SEM dan EDX digabungkan menjadi satu unit, sehingga konfigurasi dapat

dibagi menjadi unit SEM dan unit EDX. Unit SEM terdiri dari detektor EDX, dan panel

operasi terdiri dari 2 monitor, sebuah keyboard dan mouse. Untaian pengendali EDX, 2

komputer dan disk drive MO ditempatkan dalam suatu rak padat terletak di sebelah panel

operasi. Gambar 2 menunjukkan bagian luar dari gabungan SEM-EDX dan gambar 3menunjukkan konfigurasi/susunan system

Untuk menggabungkan fungsi SEM dan EDX dalam suatu alat SEM-EDX, computer dari

tiap unit dihubungkan dengan suatu Ethernet untuk pembagian data, dan software Hi-Mouse

yang dikembangkan memberikan pengoperasian yang mudah. Dengan Ethernet dan software

Hi-Mouse, satu keyboard, satu mouse, dan dua monitor dapat digunakan menjalankan dengan

lembut fungsi dari SEM maupun EDX.

Hubungan user pada unit SEM berdedikasi pada jendela EDX yang dapat digunakan untuk 

mengontrol unit EDX. Folder-folder windows dapat diatur menjadi ‘shared’, mengizinkan

data dibagi antara 2 komputer. Cara kerja jauh lebih sederhana, dan menampilkan gambarlebih mudah, melalui pengaturan salah satu monitor untuk menampilkan gambar pengamatan

dan monitor yang Monitor yang lai menampilkan data analisis.Karena masing-masing system

harus dioperasikan secara terpisah, maka perlu dipelajari operasi dari SEM dan EDX secara

tersendiri.

E. Aplikasi

 SEM-EDX adalah nama -dispersive X-ray spektroskopi energi analisis yang dilakukan

dengan menggunakanSEM  . Alat dipakai umumnya untuk aplikasi yang cukup bervariasi

pada permasalahan eksplorasi dan produksi migas, termasuk didalamnya: Evaluasi kualitas

batuan reservoir melalui studi diagnosa yang meliputi identifikasi dan interpretasi keberadaan

mineral dan distribusinya pada sistem porositas batuan. Investigasi permasalahan produksimigas seperti efek dari clay minerals, steamfloods dan chemical treatments yang terjadi pada

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 9/15

peralatan pemboran, gravelpacks dan pada reservoir

Identifikasi dari mikrofosil untuk penentuan umur dan lingkungan pengendapan Taufik,

2008).

Instrumen ini sangat cocok untuk berbagai jenis investigasi. Hal ini mungkin untuk 

menyelidiki misalnya struktur serat kayu dan kertas, logam.permukaan fraktur, produksi

cacat di karet dan plastic. Detail terkecil yang dapat dilihat pada gambar SEM adalah 4-5 nm(4-5 sepersejuta milimeter). Detail terkecil yang dapat dianalisis adalah pM 2-3 (2-3

seperseribu milimeter).

Aplikasi dari teknik SEM – EDS dirangkum sebagai berikut:

1.Topografi: Menganalisa permukaan dan teksture (kekerasan, reflektivitas dsb)

2. Morfologi: Menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel

3. Komposisi: Menganalisa komposisi dari permukaan benda secara kuantitatif dan

 kualitatif.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:

1. Memerlukan kondisi vakum

2. Hanya menganalisa permukaan

3. Resolusi lebih rendah dari TEM

4. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti

emas.

 BAB 111

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 10/15

 PENUTUP

A.  KESIMPULAN

Hampir sama dengan SEM hanya saja pada SEM EDX merupakan dua perangkat analisis

yang digabungkan menjadi satu panel analitis sehingga mempermudah proses analitis dan

lebih efisien. Pada dasarnya SEM EDX merupakan pengembangan SEM. Analisa SEM EDX

dilakukan untuk memproleh gambaran permukaan atau fitur material dengan resolusi yang

sangat tinggi hingga memperoleh suatu tampilan dari permukaan sampel yang kemudian di

komputasikan dengan software untuk menganalisis komponen materialnya baik dari

kuantitatif mau pun dari kualitalitatifnya.Daftar berikut ini merangkum fungsi yang

berkontribusi pada operabilitas luar biasa dari SEM-EDX.

1. Menu Fungsi ini digunakan untuk mengatur secara bersamaan, menyimpan, dan mengingat

parameter untuk analisis SEM dan EDX.

2. Kondisi pengukuran EDX dapat diatur dari Unit SEM (Spektral pengukuran, multi-titik pengukuran, pemetaan, tampilan menganalisis elemen pada SEM monitor).

3. Image data yang diperoleh dengan SEM dapat digunakan sebagai data dasar untuk EDX.

4. Menetapkan kondisi untuk unit SEM secara otomatis dipindahkan ke unit EDX( Rahmat,

2010 ).

Untuk mengetahui morfologi senyawa padatatan dan komposisi unsur yang terdapat dalam

suatu senyawa dapat digunakan alat scanning electron microscope (SEM). Scanning Electron

Microscope adalah suatu tipe mikroskop electron yang menggambarkan permukaan sampel

melalui proses scan dengan menggunakan pancaran energy yang tinggi dari electron dalam

suatu pola scan raster. Elektron berinteraksi dengan atom – atom yang akan membuat sampel

menghasilkan sinyal dan memberikan informasi mengenai permukaan topografi sampel,

komposisi dan sifat – sifat lainnya seperti konduktivitas listrik.

Tipe sinyal yang dihasilkan oleh SEM dapat meliputi elektron sekunder, sinar – X

karakteristik dan cahaya (katoda luminisens). Sinyal tersebut datang dari hamburan elektron

permukaan unsur yang berintaraksi dengan specimen. Sem menghasilkan gambar dengan

resolusi yang tinggi dari suatu permukaan sampel, menangkap secara lengkap dengan ukuran

sekitar 1 – 5 nm. SEM dapat menghasilkan karakteristik bentuk 3 dimensi sehingga mampu

memberikan data yang lebih mudah tentang sample yang dianalisa. Agar menghasilkan

gambar yang diinginkan maka SEM mempunya sebuah lebar focus 25 – 250.000 kali.

Cara kerja SEM yaitu sebuah elektron diemisikan dari katoda tungsten dan diarahkan kesuatu

anoda. Tungsten digunakan karena mempunyai titik lebur yang paling tinggi dan tekanan uap

 paling rendah dari semua jenis logam, sehingga dapat dipanaskan untuk keperluan

 pemancaran elektron. Berkas elektron yang memiliki beberapa ratus eV dipusatkan oleh satu

atau dua lensa kondeser kedalam suatu berkas cahaya dengan spot 1 nm sampai nm. Berkas

cahaya dipancarkan melalui sepasang coil scan pada lensa obyekti! yang dapat membelokkan

 berkas cahaya secara hori"ontal dan #ertikal sehingga membentuk daerah permukaan sampel

 persegi empat.

$etika berkas elektron utama saling berinteraksi dengan sampel, maka elektron kehilangan

energi oleh penyebaran berulang dan penyerapan dengan setetes #olume spesimen yang

dikenal sebagai #olume interaksi yang meluas kurang dari 1%% nm sampai sekitar nm pada

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 11/15

 permukaan. &kuran dari #olume interaksi tergantung pada berkas cahaya yang mempercepat

tegangan, nomor atom spesimen dan kepadata spesimen. Energi berubah diantara berkas

elektron dan hasil sampel hasil pada emisi elektron dan sampel hasil pada emisi elektron dan

radiasi elektromagnet yang dapat dideteksi untuk menghasilkan suatu gambar.

 

SEM dapat Mengamati struktur maupun bentuk permukaan yang berskalah lebih halus,

'ilengkapi 'engan E'S (Electron 'ispersi#e ) ray Spectroscopy* dan 'apat mendeteksi

unsure+unsur dalam material. ada pengambilan data dengan alat SEM+E'), sampel bubuk

yang telah diletakkan di atas specimen holder dimasukkan kedalam specimen

chamber  dengan tingkat kevakuman yang tinggi yaitu sekitar 2 x 10-6 Trorr. kemudian

dimasukkan dalam alat SEM+E') dan alat siap untuk dioperasikan.

'alam pengukuran SEM-E') untuk setiap sampel dianalisis dengan menggunakan

analisis area. Sinar electron yang di hasilkan dari area gun dialirkan hingga mengenai sampel.

liran sinar electron ini selanjutnya di !okuskan menggunakan electron optic columb

sebelum sinar electron tersebut membentuk atau mengenai sampel. Setelah sinar electron

membentuk sampel, akan terjadi beberapa interaksi pada sampel yang disinari. /nteraksi -

interaksi pada sampel yang disinari. /nteraksi - interaksi yang terjadi tersebut selanjutnya

akan dideteksi dan di ubah ke dalam sebuah gambar oleh analisis SEM dan juga dalam

 bentuk gra!ik oleh analisis E').

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 12/15

Mikroskop elektron scanning (SEM) menggunakan sinar terfokus elektron berenergi

tinggi untuk menghasilkan berbagai sinyal pada permukaan spesimen padat. Sinyal

yang berasal dari interaksi elektron-sampel mengungkapkan informasi tentang

sampel termasuk morfologi eksternal (tekstur), komposisi kimia, dan struktur kristal

dan orientasi bahan penyusun sampel. Dalam sebagian besar aplikasi, data

dikumpulkan melalui area tertentu dari permukaan sampel, dan gambar dimensi

yang dihasilkan yang menampilkan !ariasi spasial di properti ini. "idang mulai dari

sekitar # cm sampai $ mikron lebar dapat dicitrakan dalam mode pemindaian

menggunakan teknik SEM kon!ensional (perbesaran mulai dari %& sekitar '%,%%%&,

resolusi spasial $% sampai #%% nm). SEM uga mampu melakukan analisis lokasi yang

dipilih titik pada sampel *endekatan ini sangat berguna dalam kualitatif atau semi-

kuantitatif menentukan komposisi kimia (menggunakan EDS), struktur kristal, dan

orientasi kristal (menggunakan E"SD). Desain dan fungsi dari SEM sangat miripdengan E*M+ dan tumpang tindih dalam kemampuan ada antara dua instrumen.

*rinsip dasar dari Scanning ElectronMicroscopy (SEM)

Elektron dipercepat dalam SEM membaa seumlah besar energi kinetik, dan energi

ini hilang sebagai berbagai sinyal yang dihasilkan olehinteraksi elektron-

sampel ketika elektron insiden yang melambat dalam sampel padat. Sinyal-sinyal ini

termasuk elektron sekunder (yang menghasilkan gambar SEM), elektron

backscattered ("SE), elektron backscattered difraksi (E"SD yang digunakan untuk

menentukan struktur kristal dan orientasi dari mineral), foton (sinar &-

karakteristik yang digunakan untuk analisis unsur dan kontinum sinar-&), cahaya

tampak(cathodoluminescence-), dan panas. Elektron sekunder dan elektron

backscattered biasanya digunakan untuk sampel pencitraan/ elektron sekunder yang

paling berharga bagi menunukkan morfologi dan topogra0 pada sampel dan

elektron backscattered yang paling berharga bagi menggambarkan kontras dalam

komposisi dalam sampel multiphase (yaitu diskriminasi fase cepat). 1enerasi &-

ray diproduksi oleh tabrakan inelastis elektron insiden dengan elektron dalam ortitals

diskrit (kerang) atom dalam sampel. Sebagai elektron bersemangat kembali untuk

menurunkan energi negara, mereka menghasilkan sinar-& yang dari panang

gelombang tetap (yang berhubungan dengan perbedaan tingkat energi elektron

pada kulit yang berbeda untuk elemen tertentu). Dengan demikian, sinar &-

karakteristik yang diproduksi untuk setiap elemen dalam mineral yang 2gembira2

dengan berkas elektron. +nalisis SEM dianggap 2non-destruktif2 yaitu, 3-ray yang

dihasilkan oleh interaksi elektron tidak menyebabkan hilangnya !olume sampel,

sehingga memungkinkan untuk menganalisis bahan yang sama berulang-ulang.

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 13/15

Scanning Electron Microscopy (SEM)nstrumentasi - "agaimana +pakah ni"ekera5

6omponen penting dari semua SEM meliputi berikut ini/

• Sumber elektron (21un2)

• ensa elektron

• Sampel 7ahap

• Detektor untuk semua sinyal dari bunga

•  7ampilan 8 Data perangkat output

• *ersyaratan infrastruktur/

o Sumber Daya listrik

o 9acuum Sistem

o Sistem pendingin

o antai bebas getaran

o "ebas ruang medan magnet dan listrik ambien

SEM selalu memiliki setidaknya satu detektor (biasanya detektor elektron sekunder),

dan sebagian besar memiliki detektor tambahan.6emampuan spesi0k dari instrumen

tertentu sangat tergantung pada yang detektor mengakomodasi.

+plikasi

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 14/15

SEM secara rutin digunakan untuk menghasilkan gambar resolusi tinggi dari bentuk

benda (SE) dan menunukkan !ariasi spasial dalam komposisi kimia/ #)

memperoleh peta unsur atau bahan kimia tempat analisis menggunakan EDS, )

diskriminasi fase berdasarkan nomor atom rata-rata ( umumnya terkait dengankepadatan relatif) menggunakan "SE, dan ') peta komposisi berdasarkan perbedaan

unsur eak 2acti!itors2 (biasanya transisi logam dan elemen "umi angka)

menggunakan . SEM uga banyak digunakan untuk mengidenti0kasi fase

berdasarkan analisis kimia kualitatif dan 8 atau struktur kristal. *engukuran yang

tepat dari 0tur yang sangat kecil dan obek ke $% nm dalam ukuran uga dilakukan

dengan menggunakan SEM. "ackescattered gambar elektron ("SE) dapat digunakan

untuk diskriminasi cepat fase dalam sampel multifase. SEM dilengkapi dengan

difraksi detektor elektron backscattered (E"SD) dapat digunakan untuk memeriksa

microfabric dan orientasi kristalogra0 dalam banyak bahan.

6ekuatan dan 6eterbatasan ScanningElectron Microscopy (SEM)5

6ekuatan

+da bisa dibilang tidak ada instrumen lain dengan luasnya aplikasi dalam studi

bahan padat yang membandingkan dengan SEM. SEM sangat penting dalam semua

bidang yang membutuhkan karakterisasi material padat. Sementara kontribusi iniadalah yang paling peduli dengan aplikasi geologi, penting untuk dicatat baha

aplikasi ini adalah subset sangat kecil dari aplikasi ilmiah dan industri yang ada

untuk instrumentasi ini. 6ebanyakan SEM ini relatif mudah dioperasikan, dengan

user-friendly 2intuitif2 interface. "anyak aplikasi membutuhkan persiapan sampel

minimal. :ntuk banyak aplikasi, akuisisi data cepat (kurang dari $ menit 8 gambar

untuk SE, "SE, tempat EDS analisis.) SEM modern menghasilkan data dalam format

digital, yang sangat portabel.

7/21/2019 Scanning Electron Microscopy

http://slidepdf.com/reader/full/scanning-electron-microscopy-56da0aab451f9 15/15

6eterbatasan

Sampel harus solid dan mereka harus masuk ke dalam ruang mikroskop. :kuran

maksimum dalam dimensi horisontal biasanya di urutan #% cm, dimensi !ertikal

umumnya auh lebih terbatas dan arang melebihi 4% mm. :ntuk kebanyakan

instrumen sampel harus stabil dalam ruang hampa pada urutan #% -$ - #% -

; torr. Sampel cenderung outgas pada tekanan rendah (batuan enuh dengan

hidrokarbon, 2basah2 sampel seperti batu bara, bahan organik atau pembengkakan

lempung, dan sampel cenderung membakar sampai pecah pada tekanan rendah)

tidak cocok untuk pemeriksaan di kon!ensional SEM ini. <amun, 2!akum rendah2

dan 2lingkungan2 SEM uga ada, dan banyak enis sampel dapat berhasil diperiksa

dalam instrumen khusus. EDS detektor pada SEM tidak dapat mendeteksi unsur

sangat ringan (=, =e, dan i), dan banyak instrumen tidak dapat mendeteksi unsur

dengan nomor atom kurang dari ## (<a). 6ebanyakan SEM menggunakan solid statedetektor 3-ray (EDS), dan sementara detektor ini mudah untuk memanfaatkan

sangat cepat dan, mereka memiliki resolusi energi yang relatif miskin dan kepekaan

terhadap elemen hadir dalam kelimpahan yang rendah bila dibandingkan dengan

panang gelombang dispersif detektor 3-ray ( >DS) pada kebanyakan probe elektron

microanaly?ers (E*M+). apisan elektrik konduktif harus diterapkan untuk isolasi

elektrik sampel untuk studi di kon!ensional SEM ini, kecuali instrumen yang mampu

beroperasi dalam mode !akum rendah.

*anduan *engguna - *engumpulan Sampeldan *ersiapan

*ersiapan sampel dapat minimal atau rumit untuk analisis SEM, tergantung pada

sifat dari sampel dan data yang dibutuhkan. *ersiapan minim termasuk akuisisi

sampel yang akan masuk ke ruang SEM dan beberapa akomodasi untuk mencegah

biaya build-up di isolasi listrik sampel.6ebanyakan elektrik isolasi sampel yang

dilapisi dengan lapisan tipis melakukan materi, karbon biasa, emas, atau logam

lainnya atau paduan.*ilihan bahan untuk lapisan konduktif tergantung pada data

yang akan diperoleh/ karbon adalah yang paling diinginkan ika analisis unsur adalah

prioritas, sementara lapisan logam yang paling efektif untuk resolusi tinggi aplikasi

pencitraan elektron. +tau, sampel elektrik isolasi dapat diperiksa tanpa lapisan

konduktif di instrumen yang mampu 2!akum rendah2 operasi.