Bu sunum Bu sunum
Gazi Fen Bilimleri Enstitüsü, İleri Teknolojiler ABD öğrencisi Doğan Yılmaz tarafından Yüzey Analiz Yöntemleri dersimde benim danışmanlığında hazırlanmıştır.
1. Taramalı Elektron Mikroskobu
Bu sunum
Gazi Fen Bilimleri Enstitüsü, İleri Teknolojiler ABD öğrencisi
Doğan Yılmaz tarafından
Prof.Dr. İbrahim USLU danışmanlığında
hazırlanmıştır
Nisan-2013
2. Giriş
• Taramalı elektron miksopkobisi, bir elektron
demetinin ilgilenilen örnek boyunca taranması ve bu
örnekten saçılan elektronların algılanıp görüntü
haline getirilmesi şeklinde uygulanan topografik bir
inceleme yöntemidir.
• Elektron demetinin nm boyutunda odaklamak
mümkün olduğundan, bu yöntemin sağladığı
çözünürlük ve detay çok yüksektir.
3. Tarihsel gelişimi
• 1931 Von Borris ve Ruska TEM i icat edildi.
• 1935 Max Knoll ilk SEM’i üretti (Berlin)
• 1965 ilk ticari SEM üretildi. (Cambridge Scientific
Instruments)
• Çözünürlük (1965) : 50 nm
• Yüksek enerjili elektron demetinde rekor (0.4 nm @ 30 kV)
Hitachi S-5500
• Düşük enerjili elektron demetinde rekor (0.9 nm @ 1 kV )
FEI company
13. Vakum niçin önemli?
• Elektron yayan yüzeylerin koroze olmaması için
• Elektronların ortamda bulunan mokeküllerle az
etkileşmesi için
14. Elektron tabancaları
• Örnek üzerine yoğunlaştıracak kadar elektron
üreten kaynaklardır.
• 3 çeşit elektron tabancası vardır.
Tungsten
Lanthanum hexaboride (LaB6)
Field emission electron tabancaları
15. • Filament, elektrik akımı verilerek ısıtılır. Bu sayede
yeterli enerjiye sahip elektronlar filamentin ucunda
birikerek bir elekron bulutu oluşturur.
• Filamentin yanına bir pozitif yüklü bir plaka (Anot)
yerleştirilirse, elektronlar bu anotun çekimi etkisi
altında kalır.
16. Tungsten Tabanca
• Bu kaynakta yayınım yüzeyinin çok küçük olması için
120 um tungten tel ince uç biçimi verecek şekilde
bükülmüştür. İçinden geçen akımla filament ısınır.
• 2700 C ye kadar ısınır.
• 50-150 saat ömrü vardır.
• Ucuzdur.
• 10−3 Pa çalışma vakumuna ihtiyaç duyar
17. Lanthanum Hexaboride (LaB6) Tabanca
• LaB6 elektron tabancası kristal haldeki LaB6 nın
Tungsten veya Rhenium üzerine oturtulması ile
oluşturulmuştur. Voltaj uygulandığında kristal ısınır
ve elektron yaymaya başlar.
• Düşük sıcaklıklarda çalışır.
• Yüksek akımları kaldıracak kadar dayanıklıdır.
18. FEG Tabanca
• FEG tabanca tungsten-zirconium uca sahiptir
• En iyi çözme gücüne ve performansa sahiptir.
• Yüksek vakumda ve yüksek manyetik alan etkisiyle
elektronlar telden çekilir. Bu tabancada ısıtma yoktur.
• Çözünürlüğü tungsten elektrodun 1/10 u ve LaB6 nın
1/5 i kadardır.
• Ömrü Tungsten filamantınkinden 1000 kat daha
fazladır.
25. Elektron-örnek etkileşimi
• Filamentten elde edilen elektronlar örnek ile çarpışması
sonucu iki çeşit sinyal oluşur.
Elektron sinyalleri ve Foton sinyalleri
28. Gerisaçılan elektronlar
• Gerisaçılan elektronlar, gelen elektronlar ile
incelenen örnekteki atomların çekirdekleri
arasındaki elastik çarpışmalardan dolayı
oluşur.
• Örnekteki atomların atom numarası ne kadar
büyük olursa o kadar çok sayıda geri saçılan
elektron elde edilir.
• Elastik çarpışmada gelen elektronların enerji
kaybı çok küçüktür. (<1eV)
30. İkincil elektronlar
• Bu elektronlar, gelen elektonlar ile iletkenlik
bandındaki zayıf bağlı elektronlar veya valans
elektronları arasındaki elastik olmayan çarpışmadan
dolayı meydana gelir.
• Böylece incelenen örnekten elektron koparılmış olur.
31. İkincil elektronlar
• İkincil elektronlar düşük enerjili elektronlardır.
• Detektöre 100-300 V arasında bir pozitif voltaj
uygulanması ile kolaylıkla toplanabilirler.
• Bu yolla ikincil elektronların %50-100 arasındaki kısmı
toplanabilmektedir.
• Böylece incelenen bölgenin 3 boyutlu görüntüsü elde
edilmiş olur.
38. SEM + EDS
• Örneğin yüzeyine yüksek enerjili
elektronlar çarptığında bu çarpışmalardan
dolayı, örnek yüzeyinde bazı elektronlar
kopar.
• Eğer bu elektronlar içteki (çekirdeğe yakın)
orbitallerden koparılmışlarsa atomlar
kararlıklarını kaybederler. Tekrar kararlı
hale gelebilmek için dış orbitalerdeki
elektronlar iç orbitaldeki boşlukları
doldururlar.
39. • Dış orbitallerdeki elektronların enerjileri iç
orbitallerdeki elektronların enerjilerinden daha
yüksek olduğu için, dış orbital elektronların iç
orbitalleri doldururken belli bir miktar enerji
kaybetmek zorundadır.
• Bu kaybedilen enerji x-ışını şeklide ortaya çıkar.
• Energy Dispersive Spektrometry
SEM + EDS
40. SEM + EDS
• Ortaya çıkan X-ışınlarının enerjisi ve dalgaboyu
sadece atomla ilgili olmayıp o atomun alışverişde
bulunan orbitalleri ile ilgili karakteristik bir özelliktir.
41. SEM + EDS
• Orbitaller arasındaki elektron geçişi ve oluşan X-
ışınlarının isimlendirlmesi.
42. SEM + EDS
• Örnekten çıkan x-ışınları yarıiletken dedektör
tarafından algılanır.
• İletkenlik bandına geçen elektronlar, elektrik sinyaline
dönüştürülür.
43. SEM + EDS
• Örnek içerisindeki elementlerin
yüzdeleri, elementlerin piklerinin altındaki alanlarla
orantılıdır.
45. • Elektron demeti litografisi, nanoteknoloji
araştırmalarında yaygın olarak kullanılan ve ileri
nanolitografi yetenekleri sağlayan bir tekniktir.
• Bilgisayar kontrollü
• Maskeye ihtiyaç yok
• Yüksek çözünürlük (10 nm)
• Işık kullanan litografik sistemlere göre pahalı ve daha
yavaş
SEM + EBL