Kính hiển vi điện tử quét SEM có thể tạo ra ảnh hình thái học bề mặt của mẫu vật với độ phân giải cao (độ phân giải hiện nay của SEM đạt 30
o
A) bằng cách sử dụng một chùm các electron hẹp quét trên bề mặt mẫu.Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.
SEM là một trong các phương pháp chụp ảnh bề mặt của mẫu. Trong SEM, chùm điện tử sơ cấp được gia tốc bằng điện thế từ 1 đến 50 kV giữa catot và anot rồi đi qua thấu kính hội tụ quét lên bề mặt mẫu đặt trong buồng chân không
Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo của một kính hiển vi điện tử quét.
Các bộ phận chính của SEM bao gồm: 1-Nguồn phát điện tử đơn sắc; 2- Thấu kính điện từ; 3-Mẫu nghiên cứu; 4-Detector điện tử thứ cấp; 5-Detector điện tử xuyên qua; 6-Khuếch đại tín hiệu; 7-Bộ lọc tia.
Chùm điện tử có đường kính từ 4 đến 10 nm mang dòng điện từ 10-10 đến 10-12 A trên bề mặt mẫu. Do tương tác của chùm điện tử tới lên bề mặt mẫu, chùm điện tử thứ cấp hoặc điện tử phản xạ ngược được thu lại và chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt màng. Chùm điện tử hội tụ lên mẫu tạo ra vùng tương tác có đường kính và chiều sâu khoảng 1µm. Ảnh SEM chỉ được tạo thành từ các điện tử đi từ độ sâu dưới 100
o
A cho nên với màng quá mỏng không nên sử dụng SEM. Độ phân giải của SEM cỡ 30
o
A, kích thước nhỏ nhất của mẫu có thể là 0,1 mm và lớn nhất khoảng 50 mm. Chùm tia điện tử hội tụ lên mẫu tạo ra vùng tương tác có đường kính và chiều sâu khoảng 1μm.
Hình 2.9. Thiết bị SEM Jeol 5410 LV tại Đại học Quốc Gia Hà Nội.
Kích thước nhỏ nhất của mẫu có thể là 0.1 mm, kích thước lớn nhất phụ thuộc vào thiết bị SEM cụ thể.
Ưu điểm của phương pháp này là phân tích mà không phá hủy mẫu, có thể hoạt động ở chân không thấp, giá thành thấp và dễ vận hành.