Phân tích cấu trúc: Hiển vi điện tử quét

ĐẶC ĐIỂM CỦA ẢNH SEM Ảnh vi cấu trúc bề mặt Độ phân giải cao Độ sâu trường quan sát lớn Tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi Các điện tử phát xạ: Điện tử thứ cấp Điện tử tán xạ ngược Điện tử hấp thụ Điện tử Auger Điện tử truyền qua

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC Chương HIỂN VI ĐIỆN TƯ QUÉT Scanning Electron Microscopy (SEM) ĐẶC ĐIỂM CỦA ẢNH SEM Ảnh vi cấu trúc bề mặt Độ phân giải cao Độ sâu trường quan sát lớn TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TƯ TỚI VA VẬT CHẤT Tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi Các điện t ử phát xa: Điện tử thư cấp Điện tử tán xạ ngược Điện tử hấp thụ Điện tử Auger Điện tử truyền qua Các sóng điện tư Tia X Huỳnh quang catot Các tín hiệu điện tử và sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TƯ TỚI VA VẬT CHẤT Tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TƯ TỚI VA VẬT CHẤT 1.1 Điện tử truyền qua I = I exp(− µx) = I exp− (µ / ρ )ρx Io - là cường đợ của điện tử tới µ- hệ sớ hấp thụ của mẫu ρ - mật độ mẫu Thông tin: -Các nguyên tố thành phần -Trạng thái hóa học TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TƯ TỚI VA VẬT CHẤT Điện t ử tán xa ngược • Tán xạ đàn hời hoặc khơng đàn hời • Năng lượng lớn • Hiệu śt phát xạ ~ Z2/3 ÷ Z3/4; Z – ngun tử sớ - Phụ thuộc vào hướng phát xạ (góc tới) TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TƯ TỚI VA VẬT CHẤT Điện tử thư cấp Phát xạ ở độ sâu cỡ 100 Å Năng lượng thấp – 50 eV Hiệu suất phát xạ: - Phụ thuộc góc tới - Phụ thuộc công thoát của mẫu - Bị ảnh hưởng mạnh bởi điện trường và từ trường LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CÁC TÍN HIỆU Hình thái học Tất cả các loại tín hiệu trừ tia X va điện tư Auger Phân tích nguyên tô Tia X, huỳnh quang catot, điện tư Auger va điện tư tán xạ ngược Tinh thê học Điện tư tán xạ ngược, điện tư truyền qua, điện tư thứ cấp va tia X Liên kết hóa học Điện tư Auger va tia X Tính chất điện tư Điện tư thứ cấp va śt điện đợng SƠ ĐỜ KHỚI CỦA KÍNH HIỂN VI ĐT QUÉT ) Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét Thiết bị Cấu tạo Súng điện tử điện áp: - 30 kV, 60 kV Hệ thống thấu kính từ Chân khơng: < 10-3 Pa (N/m2) Kích thước mũi dị điện tử: ~ - nm đặc điêm Thiết bị nghiên cứu bề mặt độ sâu tiêu tụ lớn độ phân giải cao: ~ 2-3 nm nhỏ ẢNH ĐIỆN TƯ THỨ CẤP Tương phản ảnh điện tử thư cấp (SEI) i*(α) ~ exp[C (1 - cos α)] C – số Các yếu tố ảnh hưởng α - góc giữa tia điện tử tới và bề mặt mấu (góc tới) V – thế tăng tốc Thông tin: hình thái bề mặt mẫu, độ phân giải tốt nhất các kiểu ảnh đặc trưng cho độ phân gải của kính SEM ẢNH ĐIỆN TƯ THỨ CẤP Điện tử thư cấp Địa hình bề mặt mẫu ảnh hưởng tới sự phát xạ điện tử thư cấp ẢNH ĐIỆN TƯ THỨ CẤP Điện tử thư cấp Biên giới hạt có độ sáng lớn ẢNH ĐIỆN TƯ TÁN XẠ NGƯỢC Tương phản ảnh điện tử tán xa ngược - BEI Hiệu suất phát xạ: � = �� �12/ �� 9(1 � �+ � )� Các yếu tố ảnh hưởng: Z - nguyên tử số θ - góc tới Thông tin - thành phần: có thể phân biệt sự khác về Z là 1đv - địa hình bề mặt - độ phân giải so với SEI ẢNH ĐIỆN TƯ TÁN XẠ NGƯỢC Phát xạ điện tử tán xạ ngược: (a) đồ thị cực cường độ điện tử tán xạ ngược tia tới vng góc cho thấy phụ thuộc hàm cosin; (b) giống (a) cho trường hợp góc tới θ hướng cực đại ẢNH ĐIỆN TƯ TÁN XẠ NGƯỢC Đường cong phụ thuộc của hiệu suất phát xạ ngược vào nguyên tử số điện tử tán xạ Tao ảnh thành phần (Compo) ảnh địa hình (Topo) Sơ đồ biểu thị sự tương phản địa hình và thành phần với hệ thu hai đetectơ: (a) mẫu với bề mặt phẳng và khác về thành phần,(A+B); (b) mẫu với bề mặt ghồ ghề và đồng nhất thành phần, (A-B); (c) mẫu có bề mặt mấp mô và không đồng nhất thành phần Ảnh điện tử tán xạ ngược và ảnh điện tử thư cấp của cùng một diện tích bề mặt: (a) ảnh thành phần (compo), (b) ảnh địa hình (topo) và (c) ảnh điện tử thư cấp (SEI) Ảnh điện tư hấp thụ Tương phản ảnh điện tư hấp thụ - AEI Dòng điện tử hấp thụ ia = i0 - (is+ ib) Thông tin: SEI+BEI độ phân giải (~ 20 nm) Huỳnh quang catot Sự phát xạ ánh sáng mẫu bị kích thích tia điện tử đetectơ: ống thu ánh sáng ống nhân quang Thông tin: đặc trưng vật liệu bán dẫn khoáng vật Ảnh tương phản từ Tương phản từ a) Tín hiệu sư dụng: SE Sự biến thiên nhỏ từ trường bề mặt -> quỹ đạo điện tử thứ cấp bị đổi hướng tới colectơ -> hiệu suất thu thay đổi ảnh điện tử thứ cấp tương phản từ Thông tin - Cấu trúc đômen - độ phân giải: ~ 100 nm Ảnh tương phản từ b) Tín hiệu sư dụng: BE Lực Lorentz từ trường -> đường điện tử bị uốn cong xuyên vào mẫu -> chênh lệch số điện tử tán xạ ngược ảnh điện tử tán xạ ngược tương phản từ Thông tin Cấu trúc đômen độ phân giải: 50 kV: 1µm 200 kV: 10µm Ảnh tương phản từ (a) ảnh điện tủ thứ cấp đomen từ coban (b) Sự hình thành tương phản từ uốn cong đường điện tử lực Lorentz (c) ảnh điện tử tán xạ ngược cấu trúc đomen sắt-silic định hướng cao, thu 200 kV Ảnh tương phản thế Tín hiệu sư dụng: SE Sự thay đổi phân bố bề mặt mẫu: -> thay đổi phân bố điện trường mẫu đetectơ -> thay đổi hiệu thu điện tử ảnh điện tử thứ cấp tương phản Thơng tin - vị trí điện dương: tối - vị trí điện âm: sáng ứng dụng: kiểm tra vi mạch, … ảnh điện tử thứ cấp tương phản mạch vi điện tử, ×8500 Ảnh suất điện đợng Tín hiệu sư dụng: śt điện đợng Dịng dẫn phát sinh quét chùm điện tử lên bề mặt linh kiện bán dẫn -> xuất suất điện động Thế hiệu đầu ra: ~ 10-6 V Thông tin - trạng thái lớp nghèo quan sát trực tiếp - khuyết tật tinh thể lớp nghèo CHUẨN BI MẪU Tao mẫu Cắt Tẩm thực Be gãy Bắn phá ion Xử ly mẫu Mẫu không dẫn điện: -Phủ một lớp kim loại mong dẫn điện tốt Au, Pt ... Thiết bị Nguồn phát điện tử Nguyên tắc hoạt động Tia điện tử quét bề mặt mẫu Các loại điện tử phát xạ Detector thu nhận điện tử phát xạ tạo thành tín hiệu video  ảnh hiển vi bề mặt LY THUYẾT... KÍNH HIỂN VI ĐT QUÉT ) Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét Thiết bị Cấu tạo Súng điện tử điện áp: - 30 kV, 60 kV Hệ thống thấu kính từ Chân khơng: < 10-3 Pa (N/m2) Kích thước mũi dị điện tử: ~ -... Sự thay đổi phân bố bề mặt mẫu: -> thay đổi phân bố điện trường mẫu đetectơ -> thay đổi hiệu thu điện tử ảnh điện tử thứ cấp tương phản Thông tin - vị trí điện dương: tối - vị trí điện âm: sáng