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ⓘ Microscopio elettronico a scansione




Microscopio elettronico a scansione
                                     

ⓘ Microscopio elettronico a scansione

Il microscopio elettronico a scansione, comunemente indicato con lacronimo SEM dallinglese Scanning Electron Microscope, è un tipo di Microscopio elettronico.

                                     

1. Funzionamento

Il microscopio non sfrutta la luce come sorgente di radiazioni. Il fascio viene generato da una sorgente elettronica, tipicamente un filamento in Tungsteno, che emette un flusso di elettroni primari concentrato da una serie di lenti elettromagnetiche e deflesso da una lente obbiettivo. Questultima, oltre a rifocalizzare ulteriormente il fascio, impone allo stesso una deflessione controllata, in modo da permettere la scansione di aree del campione.

Uno dei possibili effetti prodotti dall’interazione fra l’elettrone e la materia è rivelato e trasformato in segnale elettrico che, trattato e amplificato, viene modulato in segnale televisivo: 1 pixel di un monitor monocromatico è associato ad 1 punto del campione ed è tanto più luminoso quanto più intenso è il segnale. L’ingrandimento è dato dal rapporto fra le dimensioni dellimmagine le dimensioni della regione su cui è stata effettuata la scansione

Questi elettroni sono catturati da uno speciale rilevatore e convertiti in impulsi elettrici che vengono inviati in tempo reale, ad uno schermo un monitor dove viene eseguita simultaneamente una scansione analoga. Il risultato è unimmagine in bianco e nero ad elevata risoluzione e grande profondità di campo, che ha caratteristiche simili a quelle di una normale immagine fotografica. Per questa ragione le immagini SEM sono immediatamente intelligibili ed intuitive da comprendere. Il microscopio elettronico a scansione può ottenere immagini che appaiono quasi tridimensionali anche di oggetti relativamente grandi come un insetto.

Il SEM deve operare in vuoto spinto con pressioni inferiori a 10 -3 Pa per permettere la produzione e il campione deve essere conduttivo e messo a terra, in modo da poter allontanare dalla zona di analisi ogni possibile accumulo di carica che renderebbe impossibile losservazione. Campioni non conduttivi possono comunque essere osservati al SEM operando rivestimenti metallici, disidratando i campioni umidi oppure eseguendo loperazione in maniera rapida in modo tale da evitare che laccumulo di cariche vada a surriscaldare loggetto in questione.

                                     

2.1. Componenti fondamentali Sorgente elettronica

La sorgente elettronica, definita anche Gun, genera il fascio tramite estrazione di elettroni e accelerazione degli stessi. La quasi totalità delle sorgenti elettroniche funzionano per effetto termoionico, anche se esistono sorgenti che sfruttano fenomeni quantistici come il Field Emission.

Le sorgenti sono caratterizzate da una serie di grandezze che ne misurano le prestazioni le capacità:

  • Diametro di cross-over d 0: è il diametro del fascio allestrazione. La risoluzione sarà maggiore tanto più piccolo è il d 0.
  • Variazione energetica allestrazione ΔE est: è la massima differenza di energia degli elettroni estratti. Valori elevati possono portare ad aberrazioni cromatiche dopo focalizzazione.
  • Brillanza β: parametro legato allintensità del fascio. Si misura in A cm -2 srad -1, valori elevati di brillanza sono richiesti per microanalisi chimiche accurate. Talvolta la brillanza elevata può favorire fenomeni di diffrazione.

Di seguito sono elencate alcune sorgenti elettroniche:

  • Sorgente termoionica in W: costituita da un filamento di tungsteno. Viene montata su SEM convenzionali, ha prestazioni medio-basse ma costi ridotti.
  • Sorgente termoionica in LaB 6: costituita da un monocristallo in esaboruro di lantanio, permette una risoluzione più elevata della sorgente in W, una brillanza circa 30 volte superiore e una vita media 10 volte maggiore. Permette una corrente elettronica in grado di produrre raggi x caratteristici per effettuare microanalisi chimiche, richiede tuttavia un vuoto più spinto di almeno 10 -6 mbar. Normalmente può essere montata sulla stessa macchina che supporta la sorgente in tungsteno.
  • Sorgente puntuale cold FE: presenta prestazioni nettamente superiori alle sorgenti termoioniche, sfruttando il fenomeno Field Emission, richiede però pressioni estremamente basse (