Kớnh hiển vi điện tử quột (SEM) là một loại kớnh hiển vi điện tử cú thể tạo ra ảnh với độ phõn giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cỏch sử dụng một chựm điện tử (chựm cỏc electron) hẹp quột trờn bề mặt mẫu. Kớnh hiển vi điện tử quột dựng để chụp ảnh vi cấu trỳc bề mặt với độ phúng đại gấp nhiều lần so với kớnh hiển vi quang học, vỡ bước súng của chựm tia điện tử nhỏ gấp nhiều lần so với bước súng vựng khả kiến. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thụng qua việc ghi nhận và phõn tớch cỏc bức xạ phỏt ra từ cỏc chựm điện tử với bề mặt mẫu vật.
Chựm điện tử bị tỏn xạ mạnh khi đi vào trường thế biến thiờn đột ngột do đỏm mõy điện tử mang điện tớch õm, hạt nhõn và nguyờn tử mang điện tớch dương. Mỗi nguyờn tử cũng trở thành tõm tỏn xạ của chựm điện tử. Nhiễu xạ chựm điện tử cú những đặc điểm rất thớch hợp cho việc nghiờn cứu cấu trỳc màng mỏng.
24 Hỡnh 23:Sơ đồ kớnh hiển vi điện tử quột
Trong kớnh hiển vi điện tử quột, chựm điện tử sơ cấp được gia tốc bằng điện thế từ 1-50kV giữa catot và anot rồi đi qua thấu kớnh hội tụ quột lờn bề mặt mẫu đặt trong buồng chõn khụng. Chựm điện tử cú đường kớnh từ 1-10nm mang dũng điện từ 10-10
-10-12 A trờn bề mặt mẫu. Do tương tỏc của chựm điện tử tới lờn bề mặt mẫu,
thường là chựm điện tử thứ cấp hoặc điện tử phản xạ ngược được thu lại và chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt vật liệu.
Độ phõn giải của SEM được xỏc định từ kớch thước chựm điện tử hội tụ. Ngoài ra độ phõn giải cũn phụ thuộc vào tương tỏc giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tỏc với bề mặt mẫu vật, sẽ cú bức xạ phỏt ra, sự tạo ảnh trong SEM và cỏc phộp phõn tớch được thực hiện thụng qua việc phõn tớch cỏc bức xạ này. Cỏc bức xạ chủ yếu bao gồm: điện tử thứ cấp, điện tử tỏn xạ ngược.
Người ta tạo ra một chựm điện tử rất mảnh và điều khiển chựm tia này quột theo hàng và theo cột trờn diện tớch rất nhỏ trờn bề mặt mẫu cần nghiờn cứu. Chựm điện tử chiếu vào mẫu sẽ kớch thớch mẫu phỏt ra điện tử thứ cấp, điện tử tỏn xạ ngược, tia
25
X… Mỗi loại điện tử, tia X thoỏt ra và mang thụng tin về mẫu phản ỏnh một tớnh chất nào đú ở chỗ tia điện tử tới đập vào mẫu. Thớ dụ, khi điện tử tới chiếu vào chỗ lồi trờn mẫu thỡ điện tử thứ cấp phỏt ra nhiều hơn khi chiếu vào chỗ lừm. Căn cứ vào lượng điện tử thứ cấp nhiều hay ớt, ta cú thể biết được chỗ lồi hay lừm trờn bề mặt mẫu. Ảnh SEM được tạo ra bằng cỏch dựng một ống điện tử quột trờn màn hỡnh một cỏch đồng bộ với tia điện tử quột trờn mẫu.
Trong luận văn này, vi cấu trỳc của vật liệu được chụp bằng kớnh hiển vi điện tử quột JSM Jeol 5410 LV (Nhật Bản) tại Trung tõm Khoa học Vật liệu. Thiết bị này cú độ phõn giải tối đa lờn tới 3,6nm và độ phúng đại cao nhất là 200 000 lần. Đồng thời, thiết bị này cũn cú cấy ghộp kốm hệ phõn tớch phổ tỏn xạ năng lượng (Energy Dispersion Spectrommeter – EDS) ISIS 300 của hóng Oxford (Anh) [2].