Elektronowa mikroskopia skaningowa ze zmienną próżnią

Podobne dokumenty
Elektronowa mikroskopia skaningowa ze zmienną próżnią

Rozpraszanie nieelastyczne

Inkluzje Protodikraneurini trib. nov.. (Hemiptera: Cicadellidae) w bursztynie bałtyckim i ich badania w technice SEM

1. Niskoenergetyczne elektrony wtórne SE (podstawowy sygnał w SEM) 2. Charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie (mikroanaliza w SEM i TEM)

Skaningowy Mikroskop Elektronowy. Rembisz Grażyna Drab Bartosz

FORMULARZ WYMAGANYCH WARUNKÓW TECHNICZNYCH

Skaningowy Mikroskop Elektronowy (SEM) jako narzędzie do oceny morfologii powierzchni materiałów

WYJAŚNIENIE TREŚCI SIWZ

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Elektronowa mikroskopia. T. 2, Mikroskopia skaningowa / Wiesław Dziadur, Janusz Mikuła. Kraków, Spis treści

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA STANOWIĄCY JEDNOCZEŚNIE DRUK POTWIERDZENIE ZGODNOŚCI TECHNICZNEJ OFERTY

Spektroskopia fotoelektronów (PES)

h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)

Próżnia w badaniach materiałów

Zaawansowane techniki badawcze w skaningowym mikroskopie elektronowym

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego

LABORATORIUM SPEKTRALNEJ ANALIZY CHEMICZNEJ (L-6)

... Rozprawa doktorska. Detekcja sygnału i technika obrazowania w skaningowym mikroskopie elektronowym w zakresie niskiej próżni.

Podstawowe właściwości elektronu

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Właściwości materii. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. 18 listopada 2014 Biophysics 1

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

LABORATORIUM ANALITYCZNEJ MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ (L - 2)

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

MIKROSKOPIA ELEKTRONOWA. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Skaningowy mikroskop elektronowy - Ilość: 1 kpl.

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

FORMULARZ OFERTY-SPECYFIKACJA

SPEKTROMETRIA IRMS. (Isotope Ratio Mass Spectrometry) Pomiar stosunków izotopowych (R) pierwiastków lekkich (H, C, O, N, S)

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

Spektroskopia elektronów Augera AES

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Spektroskopia elektronów Augera. AES Auger Electron Spectroscopy

Podstawowe właściwości elektronu

Politechnika Politechnika Koszalińska

Dyfrakcja elektronów wstecznie rozproszonych kilka uwag praktycznych

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

Rys. 1. Schemat budowy elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM).

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Badanie strutury powierzchni z atomową zdolnością rozdzielczą. Powierzchnia jak ją zdefiniować?

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Ćwiczenie 3++ Spektrometria promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) kalibracja energetyczna i wydajnościowa

Techniki próżniowe (ex situ)

Zaawansowane techniki badawcze w skaningowym mikroskopie elektronowym

dr hab. inż. Józef Haponiuk Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny PG

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 8 Mikroanalizator rentgenowski EDX w badaniach składu chemicznego ciał stałych

Spektroskopia Fluorescencyjna promieniowania X

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

Dotyczy: Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia do przetargu nieograniczonego na dostawę mikroskopu elektronowego - numer Zp/pn/76/2015

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Przykłady wykorzystania mikroskopii elektronowej w poszukiwaniach ropy naftowej i gazu ziemnego. mgr inż. Katarzyna Kasprzyk

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Promotor: prof. nadzw. dr hab. Jerzy Ratajski. Jarosław Rochowicz. Wydział Mechaniczny Politechnika Koszalińska

Spektrometr XRF THICK 800A

Łukowe platerowanie jonowe

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

THICK 800A DO POMIARU GRUBOŚCI POWŁOK. THICK 800A spektrometr XRF do szybkich, nieniszczących pomiarów grubości powłok i ich składu.

Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

XPS (ESCA) X-ray Photoelectron Spectroscopy (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Dyfrakcja na kryształach. Dyfrakcja na kryształach

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

Analiza składu chemicznego powierzchni

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Struktura elektronowa

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

Zespolona funkcja dielektryczna metalu

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

ZASTOSOWANIE MIKROSKOPII SKANINGOWEJ DO INSPEKCJI UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH WYKONANYCH W TECHNOLOGII SMT

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Ekscyton w morzu dziur

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

PRZYDATNOŚĆ RÓŻNYCH TECHNIK OBRAZOWANIA STRUKTUR BIOLOGICZNYCH WYKORZYSTUJĄCYCH ELEKTRONOWY MIKROSKOP SKANINGOWY *)

Zaawansowane Metody Badań Strukturalnych. Badania strukturalne materiałów Badania właściwości materiałów

XRF - Analiza chemiczna poprzez pomiar energii promieniowania X

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

Ćwiczenie 5: Metody mikroskopowe w inżynierii materiałowej. Mikroskopia elektronowa

Oddziaływanie Promieniowania Jonizującego z Materią

Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.

Wykład 21: Studnie i bariery cz.2.

LICZNIKI PROPORCJONALNE

Charakter struktury połączenia porcelany na podbudowie cyrkonowej w zaleŝności od rodzaju materiału licującego.

Własności optyczne półprzewodników

Jonizacja plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP)

10. Analiza dyfraktogramów proszkowych

Transkrypt:

Elektronowa mikroskopia skaningowa ze zmienną próżnią Principles and Practice of Variable Pressure/Environmental Scanning Electron Microscopy Debbie Stokes, John Wiley &Sons, 2008

LV-SEM Low Vacuum Scanning Electron Microscope Ciśnienie gazu od 0 tora do 1 tora (0 mbara do 1.33 mbara) E-SEM Environmental Scanning Electron Microscope Ciśnienie gazu od 1 do 20 torów (1.33 mbara 26.6 mbara) VP-SEM Variable Pressure Scanning Electron Microscope Ciśnienie gazu od 0 do 26.6 mbara

ESEM IP Gun 10-8 tora RP RP TMP TMP 10-5 tora Pressure Limiting Aperture (PLA) 1 10-3 tora Pressure Limiting Aperture 2(PLA) 10-1 tora RP Komora próbek 1-20 tora H 2 O/gaz Vent

Pumping system of ESEM Emission area: min. 10-5 Torr Minor gas flow (to ODP or TMP) PLA2 Major gas flow (to rotary pump) PLA1 Gas flow from chamber max. 50 Torr

Detektor GSED (gaseous secondary electron detector)

Niska próżnia e - + H 2 O H 2 O + + 2 e - e - + H 2 O H 2 O * + e - Molekuły H 2 O rozpadają się na wolne rodniki lub jony H 2 O * + e - H + OH Anoda H 2 O * + e - H + + OH - + + + + + + + + + + + + + + + + Dielektryk Stolik

Brak przewodnictwa elektrycznego Skirt effect Wysoka próżnia Przysłona ograniczająca próżnię + + + + + + + + + + + + + Próbka - dielektryk _

Brak przewodnictwa elektrycznego Skirt effect

Przekrój czynny na rozpraszanie elastyczne 1 Cross Section (Å 2 ) 0.1 Azot H 2 O Hel 0.01 1 10 100 Energia (kev)

Liczba elektronów w wiązce Rozpraszanie poza wiązką 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2 kev 5 kev 10 kev 30 kev N 2 0 500 1000 1500 2000 2500 f Ciśnienie x odległość (Pa mm) = e - σpd / RT f - liczba elektronów w wiązce: σ - przekrój czynny na rozpraszanie P ciśnienie d odległość: PLA - powierzchnia próbki (GPL) R - stała gazowa T - temperatura

Aby ograniczyć skirt effect Możliwie najniższe ciśnienie gazu (optymalnie 0.2 0.3 tora)! Najmniejsza odległość: PLA próbka (ograniczenie drogi elektronów w gazie)! Stosowanie wysokich energii elektronów wiązki! Obrazowanie: Nie wpływa na obraz: skirt dodaje prawie równomierne tło Zdolność rozdzielcza określona jest przez średnicę wiązki elektronowej

Wzmocnienie kaskadowe Anoda E Dielektryk Stolik

Population Swarm Energy Third Fourth Generation Generation Third Second Second Generation Generation Generation Second Generation First Generation First Generation First Generation Ε Detector V 0 Energy Specimen

Wzmocnienie kaskadowe Wzmocnienie sygnału G rośnie z odległością d od próbki: G = e α d oraz z wydajnością wzmocnienia a α = APe BPd V 0 gdzie: P ciśnienie gazu, V 0 - przyłożone napięcie do detektora, and A & B -stałe zależne od rodzaju gazu

Wydajność wzmocnienia dla pary wodnej Wzmocnienie kaskadowe (a.u.) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ciśnienie (tor) Przy niskich ciśnieniach gazu pojedyncze jonizacje słabe wzmocnienie sygnału Przy wysokich ciśnieniach gazu lawina jonizacji nieelastyczne rozpraszanie powoduje wytracanie energii elektronów co redukuje prawdopodobieństwo jonizacji

Wzmocnienie kaskadowe Prąd kaskady Total S.E. PE BSE 0 2 4 6 8 10 Ciśnienie (torr) Maximum sygnału przy wyższych ciśnieniach dodatkowa jonizacja molekuł przez elektrony wiązki (PE)

1 Składowe sygnału u w ESEM Cross Section (Å 2 ) 0.1 Azot H 2 O Hel 0.01 1 10 100 Energia (kev) Signal 100% 80% 60% 40% 20% 0% S.E. H 2 O He 2 B.S.E. P.E. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pressure (torr) Signal 100% 80% 60% 40% 20% 0% S.E. B.S.E. P.E. 0 1 3 5 7 9 11 Pressure (torr)

Całkowity sygnał kaskady I c = I o exp α d δ + S α PE d + η S α BSE d gdzie: S PE wydajność jonizacji elektronów pierwotnych S BSE wydajność jonizacji elektronów wstecznie rozproszonych δ współczynnik emisji elektronów wtórnych η -współczynnik emisji elektronów wstecznie rozproszonych I o prąd wiązki elektronowej I c prąd zarejestrowany przez detektor α wydajność wzmocnienia d odległość detektor-próbka

Który gaz jest najlepszy? Względne wzmocnienie 300 250 200 150 100 50 0 N 2 N 2 O H 2 O CO 2 He 0 2 4 6 8 10 12 Ciśnienie gazu (Torr)

Siatka Cu na C H 2 O 5.32 mbara 7.96 tora 10.64 mbara He 2.66 mbara 6.65 mbara 15.96 mbara

Wzmocnienie kaskadowe Wzmocnienie kaskadowe zależy od Ciśnienia gazu Napięcia przyłożonego od detektora Working distance WD/gas path length GPL Rodzaju gazu

X-ray Skirt Osnowa Wiązka elektronów Skirt Wydzielenia Mikroanaliza: Analiza ilościowa trudna ale możliwa (stosowanie procedur korekcyjnych) Mapping możliwy ale sygnał jest rejestrowany w większych obszarów niż rzeczywistości

X-ray Mapping: Cement Suchy Mokry

Duża próbka w homogenicznej matrycy Próbka: Jadeit NaAlSi 2 O 6 - krzemian sodu i glinu, niekiedy zawiera domieszkę wapniowomagnezowego diopsydu. Matryca 1: polimer Matryca 2: blok Cu/Zn Odległość między punktem centralnym a blokiem Cu/Zn > 500 micron VP Variable Pressure technika kompensacji wpływu gazu mierzymy dwa widma przy różnych ciśnieniach gazu

Widmo jadeitu w HV SEM 25kV Brak pików Cu i Zn

Beam stop method (Bilde-Sorensen) Zbieramy dwa widma: jedno przy LV, drugie przy zablokowanej wiązce np. igła nad próbką PVM pressure variation method gas compensated technique (2 widma EDX zmierzone przy dwóch różnych ciśnieniach, intensywności pików interpolowane do zera (R.Gauvin)

Pressure variation method Intensity B A pressure Wyższe ciśnienie: więcej kwantów X z B, mniej z A

Pressure variation method Intensity Dwa pomiary przy dwóch różnych ciśnieniach Charging Ekstrapolowanie intensywności poszczególnych pików do O pressure Zastosuj odpowiednią korecję do ekstrapolowanych wartości aby otrzymać ilościową informację o składzie chemicznym

Widmo jadeitu w niskiej próżni (0.3 tora) 25kV Pojawiają się niewielkie piki pochodzące od matrycy 2 Cu/Zn

Widmo jadeitu w niskiej próżni (0.6 tora) 25kV Duże piki pochodzące od matrycy 2 Cu/Zn

Wyniki analizy Niska próżnia (0.2-0.4 Torr) Wysoka próżnia Wyniki analizy w niskiej próżni są zbliżone do uzyskanych w HV

Aby zredukować zjawisko skirt effect należy y użyć: u Minimalną GPL Wysokie napięcie przyspieszające w SEM (np( np. 25kV) Niską próżni nię (0.1-0.3 mbar) WAX-ray GAD - BSE

Jak sprawdzić czy ładunek elektryczny zgromadzony w próbce jest skompensowany? Granica Duane-Hunta przy jakiej energii kończy się widmo ciągłe? V = (E E s L 0 ) / e E 0 = 20 kev E L = 20.5 kev V S = + 500 ev

Minimalne ciśnienie, które utrzymuje wodę w fazie ciekłej: 4.6 tora przy temp. 0 o C. Wyższe temperatury wymagają wyższego ciśnienia 1.4 Torr 6 o C 7 Torr 6 o C Płatek orchidei

> θ=89º Zwilżanie polistyrenu 20μm Zwilżanie SiO 2 > θ=38º 20μm

EBSD z materiałów w nieprzewodzących

Brak kompensacji ładunku niszczenie katastroficzne w ceramice PLZT ulegającej spontanicznej polaryzacji

Wpływ warstwy napylanej na jakość dyfrakcji ( monokryształ NiO) a) brak napylania, b) napylanie węglem, c) napylanie złotem

1 Przekrój czynny na rozpraszanie elastyczne Cross Section (Å 2 ) 0.1 Nitrogen Water Helium Szereg zmiennych, m.in.: Rodzaj gazu Ciśnienie gazu Odległości GPL (Gas Path Length) Energia elektronów wiązki fraction in probe 0.01 1 10 100 Energy (kev) Rozpraszanie wiązki 1 elektronowej 0.9 0.8 Air 0.7 0.6 30 kev 0.5 0.4 0.3 10 kev 5 kev 0.2 2 kev 0.1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Pressure Distance (Pa-mm) Należy y stosować: a) jak najniższe ciśnienie gazu, b) jak najmniejszą odległość GPL (Gas Path Length)

Wpływ ciśnienia gazu na jakość dyfrakcji a) 0.05 tora, b) 0.5 tora, c) 1.0 tora

Ceramika PLZT Ceramika PLZT Pb 1-3x/2 La x Zr 0.65 Ti 0.35 O 3 dla x = 0.08 (PLZT 8/65/35) 91% rozwiązanych dyfrakcji IPF ziarna przypadkowo zorientowane

> 30 o > 40 o > 50 o green dark blue black

Mapy orientacji otrzymane dla nieprzewodzącego ZrO 2 o symetrii regularnej 50 μm 10 μm a) C-SEM nieskompensowany ładunek elektryczny b) VP-SEM skompensowany ładunek elektryczny

Al 2 O 3 (cisnienie H 2 O-0.4 mbar) Al 2 O 3 (cisnienie H 2 O-1.33 mbar)

Gdy ciśnienie gazu jest za niskie. gruboziarnisty Al 2 O 3 drobnoziarnisty Al 2 O 3 Gdy ciśnienie jest za niskie w LV-SEM: ładunek elektryczny nie jest całkowicie skompensowany