Qual è il principio del SEM?

La microscopia elettronica a scansione (SEM) si basa sul principio dell'utilizzo di un fascio focalizzato di elettroni ad alta energia per sondare la superficie di un campione e produrre un'immagine dettagliata ad alta risoluzione.

Sorgente di elettroni: il SEM funziona utilizzando una sorgente di elettroni, tipicamente un filamento di tungsteno riscaldato o un cannone a emissione di campo, per produrre un fascio di elettroni.

Generazione di fasci di elettroni: la sorgente di elettroni emette elettroni, che vengono accelerati ad alte energie da un campo elettrico. Gli elettroni vengono focalizzati in un fascio stretto utilizzando lenti elettromagnetiche.

Interazione con il campione: il fascio di elettroni primari è diretto sulla superficie del campione. Quando il fascio interagisce con il campione, si verificano diversi tipi di interazioni, tra cui diffusione, assorbimento ed emissione di elettroni secondari.

Scattering: gli elettroni primari possono subire scattering elastico o anelastico mentre interagiscono con gli atomi nel campione. La diffusione elastica provoca un cambiamento nella direzione del fascio di elettroni, mentre la diffusione anelastica porta alla perdita di energia dovuta alle interazioni con gli atomi del campione.

Emissione di elettroni secondari: alcuni degli elettroni primari staccano gli elettroni secondari dalla superficie del campione attraverso lo scattering anelastico. Questi elettroni secondari trasportano informazioni sulla topografia e sulla composizione del campione.

Rilevamento del segnale: gli elettroni secondari emessi, insieme ad altri segnali come gli elettroni retrodiffusi e le caratteristiche emissioni di raggi X, vengono rilevati utilizzando vari rilevatori. Alcuni rilevatori comuni nel SEM sono il rilevatore Everhart-Thornley per elettroni secondari e rilevatori per elettroni retrodiffusi o raggi X generati dal campione.

Formazione dell'immagine: i segnali rilevati vengono quindi amplificati ed elaborati per formare un'immagine. L'intensità del segnale viene generalmente convertita in una rappresentazione in scala di grigi o in falsi colori, consentendo la visualizzazione delle caratteristiche e dei dettagli della superficie.

Scansione: per generare un'immagine completa, il fascio di elettroni viene scansionato sistematicamente sulla superficie del campione secondo uno schema raster. L'intensità dei segnali rilevati in ciascun punto viene registrata, consentendo la costruzione di un'immagine ad alta risoluzione.

Visualizzazione e analisi delle immagini: l'immagine ricostruita finale viene visualizzata su un monitor o registrata per ulteriori analisi. Le immagini SEM possono essere utilizzate per esaminare la microstruttura, la morfologia, la composizione elementare e le caratteristiche superficiali di un'ampia gamma di materiali.

In breve, la microscopia elettronica a scansione utilizza l’interazione di un fascio di elettroni focalizzato e ad alta energia con un campione per generare immagini dettagliate. Analizzando i segnali emessi dal campione, il SEM fornisce preziose informazioni sulla topografia superficiale, sulla morfologia e sulla composizione del campione ad alta risoluzione. È ampiamente utilizzato in una varietà di applicazioni scientifiche e industriali per la ricerca, il controllo di qualità e la caratterizzazione dei materiali.

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