Scanning Electron Microscopy (SEM)

(1)

SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)

A.

A. SeSejajararah SEh SEMM

SEM pertama kali diperkenalkan di Jerman (1935) oleh M. Knoll.Konsep standar SEM pertama kali diperkenalkan di Jerman (1935) oleh M. Knoll.Konsep standar dari SEM modern dibangun oleh von rdenne pada tahun 193! "ang ditambahkan s#an dari SEM modern dibangun oleh von rdenne pada tahun 193! "ang ditambahkan s#an kumparan ke mikroskop elektron transmisi.$esain SEM dimodi%ikasi oleh &'or"kinpada kumparan ke mikroskop elektron transmisi.$esain SEM dimodi%ikasi oleh &'or"kinpada tahun 19 ketika beker*a untuk +, -aboratories di merika Serikat.$esain kembali tahun 19 ketika beker*a untuk +, -aboratories di merika Serikat.$esain kembali direka"asa oleh , pada tahun 19! seorang pro%esor di /niversitas ,ambridge.Se*ak direka"asa oleh , pada tahun 19! seorang pro%esor di /niversitas ,ambridge.Se*ak it

itu0u0sesemamakikin n banban"a"ak k bebermrmunun#ul#ulan an konkontrtribibususi i sisigngni%i%ikikan an "a"ang ng memengngopoptitimamalklkanan perkembangan modern mikroskop elektron.

perkembangan modern mikroskop elektron.

B.

B. PenPengertgertian SEM(Sian SEM(Scancanning Elecning Electron Micrtron Microcooco!")!")

SEM

SEM adaladalah ah salsalah ah satsatu u *en*enis is mikmikrosroskop kop eleelektrktron on "ang "ang menmengguggunakanakan n berberkaskas elektron untuk menggambar pro%il permukaan benda.

elektron untuk menggambar pro%il permukaan benda.

SEM memiliki resolusi "ang lebih tinggi dari pada mikroskop optik. al ini SEM memiliki resolusi "ang lebih tinggi dari pada mikroskop optik. al ini disebabkan oleh pan*ang gelombang de 2roglie "ang dimiliki elektron lebih pendek disebabkan oleh pan*ang gelombang de 2roglie "ang dimiliki elektron lebih pendek daripada gelombang optik. Makin ke#il pan*ang gelombang "ang digunakan maka makin daripada gelombang optik. Makin ke#il pan*ang gelombang "ang digunakan maka makin tinggi resolusi mikroskop. an*ang gelombang de 2roglie elektron adalah 4

tinggi resolusi mikroskop. an*ang gelombang de 2roglie elektron adalah 4h/ph/p0 dengan0 dengan h

h konskonstantanta lan#k danta lan#k dan p p adalah elektron. Momentum elektron dapat ditentukan dariadalah elektron. Momentum elektron dapat ditentukan dari energi kinetik melalui hubungan

energi kinetik melalui hubungan K K  p p22_/2m_{/2m0 dengan}_{0 dengan K}_{K energi kinetik elektron dan}_{energi kinetik elektron dan m}_m adalah_adalah massan"a.

massan"a. $al

$alam SEM am SEM berberkas elektkas elektron keluaron keluar r dardari i %il%ilameamen n panapanas s lallalu u dipdiper#er#epat padaepat pada potensial tinggi

potensial tinggi V V . kibat per#epatan tersebut0 akhirn"a elekton memiliki energ" kinetik. kibat per#epatan tersebut0 akhirn"a elekton memiliki energ" kinetik K

K eV eV . $en. $engan degan demikiamikian kitn kita dapat a dapat menulmenulis mis momentuomentum m ele#tele#tron seron sebagaibagai p p 00 d

daan n ppaann**aanng g ggeelloommbbaanng g dde e 22rrooggiille e 44  hh66 00. . //mmuummnn""a a tteeggaannggaan n ""aanngg dig

digunaunakanakanalah lah pulpuluhauhan n kilkilovolovolt. t. SebSebagai agai ililutrutrasiasi0 0 mismisalkalkan an SEM SEM diodioperperasiasikan kan padpadaa tegangan 7 k8 maka pan*ang gelombang de 2roglie elektron sekitar 9  17:1 m.

(2)

SEM (S#anning Ele#tron Mi#ros#ope) adalah salah satu *enis mikroskop ele#tron "ang menggunakan berkas ele#tron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material "ang dianalisis.

C. Prini! #erja SEM

rinsip ker*a SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas elektron bernergi tinggi.ermukaan benda "ang dikenai berkas akan memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder ke segala arah. ;etapi ada satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas tertinggi. $etektor di dalam SEM mendeteksi elektron "ang dipantulkan dan menentukan lokasi berkas "ang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. rah tersebut memberi in%ormasi pro%il permukaan benda seperti seberapa landai dan ke mana arah kemiringan.

ada saat dilakukan pengamatan0 lokasi permukaan benda "ang ditembak dengan berkas elektron di:s#an ke seluruh area daerah pengamatan. Kita dapat membatasi lokasi pengamatan dengan melakukan <oon:in atau <oom:out. 2erdasarkan arah pantulan berkas pada berbagai titik pengamatan maka pro%il permukan benda dapat dibangun

(3)

=ambar 1 $alam SEM berkas elektron bernergi tinggi EM memiliki resolusi "ang lebih tinggi mengenai permukaan material. Elektron pantulan dan elektron sekunder dipan#arkan kembali dengan sudut "ang bergantung pada pro%il permukaan material.

S"arat agar SEM dapat menghasilkan #itra "ang ta*am adalah permukaan benda harus bersi%at sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder ketika ditembak dengan berkas elektron. Material "ang memiliki si%at demikian adalah logam. Jika permukaan logam diamati di ba'ah SEM maka pro%il permukaan akan tampak dengan *elas.

gar pro%il permukaan bukan logam *elas dengan SEM maka permukaan material tersebut harus dilapisi dengan logam.>ilm tipis logam dibuat pada permukaan material tersebut sehingga dapat memantulkan berkas elektron. Metode pelapisan "ang umumn"a dilakukan adalah evaporasi dan sputtering .

(4)

=ambar  permukaan isolator perlu dilapisi logam agar dapat diamati dengan *elas diba'ah SEM

ada metode evaporasi0 material "ang akan diamati permukaan"a ditempatkan dalam satu ruang (#hamber) dengan logam pelapis. +uang tersebut dapat divakumkan dan logam pelapis dapat dipanaskan hingga mendekati titik leleh. -ogam pelapis diletakkan di atas %ilamen pemanas. Mula:mula #hamber divakumkan "ang dikuti dengan pemanasan logam pelapis. tom:atom menguap pada permukaan logam. Ketika sampai pada permukaan material "ang memiliki suhu lebih renda0 atom:atom logam terkondensasi dan membetuk lapisan %ilm tipis di permukaan material. Ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan mengatur lama 'aktu evaporasi. gar proses ini dapat berlangsung e%esien maka logam pelapis "ang digunakan harus "ang memiliki titik lebur

(5)

=ambar 3.1 artikel($?% )

=ambar 3. @anotube(&?%)

=ambar 3.3 artikel "ang terorganisasi($'' n%)

rinsip ker*a sputtering mirip dengan evaporasi. @amun sputtering dapat berlangsung pada suhu rendah (suhu kamar) ermukaan logam ditembak dengan ion gas berenergi tinggi sehingga terpental keluar dari permukaan logam dan mengisi ruang di dalam #hamber. Ketika mengenai permukaan sample0 atom:atom logam tersebut memmebtuk %ase padat dalam bentuk %ilm tipis. Ketebalan lapisan dikontrol dengan

(6)

mengatur lama 'aktu sputtering. ada saat pengukuran dengan SEM0 lokasi di permukaan sample tidak boleh terlalu lama dikenai berkas. elektron "ang berenergi tinggi pada berkas dapat men#abut atom:atom di permukaan sample sehingga permukaan tersebut akan rusak dengan #epat. >ilm tipis di permukaan sample akan menguap dan kembali men*adi isolator. khirn"a ba"angan "ang terekam tiba:tiba men*adi hitam.

(7)

E. #e*ngg*lan +an #e,*rangan SEM Keunggulan

• $a"a pisah tinggi

$apat ditin*au dari *alann"a berkas media0 SEM dapat digolongkan dengan optik metalurgi prinsip re%leksi0 "ang diarti sebagai permukaan spesimen "ang memantulkan berkas media.

• Menampilkan data permukaan spesimen

;eknik SEM pada hakekatn"a merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. $ata atau tampilan "ang diperoleh adalah data dari permukaan atau

(8)

lapisan "ang tebaln"a sekitar 7 mikro meter dari permukaan. Sin"al lain "ang penting adalah ba#k s#attered elektron "ang intensitasn"a bergantung pada nomor atom0 "ang unsurn"a men"atakn permukaan spesimen. $engan #ara ini diperoleh gambar "ang men"atakan perbedaan unsur kimia "ang lebih tinggi pada nomor atomn"a. Kemampuann"a "ang beragam membuat SEM popular dan luas penggunaann"a0 tidak han"a dibidang material melainkn *uga dibidang biologi0 pertanian0 kedokteran0 elektronika0 mikroelektronika dan lain:lain.

• Kemudahan pen"iapan sampel

Spesimen untuk SEM dapat berupa material "ang #ukup tebal0 oleh karena itu pen"iapann"a sangat mudah. /ntuk pemeriksaan permukaan patahan (%raktogra%i)0 permukaan diusahakan tetap seperti apa adan"a0 namun bersih dari kotoran0 misaln"a debu dan min"ak. ermukaan spesimen harus bersi%at kondukti%. Aleh karena itu permukaan spesimen harus bersih dari kotoran dan tidak terkontaminasi oleh

keringat.

• /kuran sample "ang relati% besar

• +entang perbesaran "ang luasB 3C :1570777C

Kekurangan

• $ibanding ;EM resolusin"a lebih rendah • $igunakan vakum

• an"a permukaan "ang teramati • $iperlukan #oating dg u

(9)

Membrane Si# (erbesaran 57 C)

Membrane Si# (erbesaran 77 C)

(10)

,erami# >oam(erbesaran 177 C)

,erami# >oam(erbesaran 577 C)

(11)

,erami# >oam(erbesaran 5777 C) >. plikasi SEM

roses pembuatan komposit polimer superabsorben dimulai dengan proses

intercalating monomer a#rilamida dengan struktur permukaan mineral <eo lit alam "ang komponen utaman"a silikat. Mineral alam mempun"ai struktur pori:pori permukaan "ang dapat dibuka atau diakti%kan sehingga memungkinkan molekul monomer dapat masuk dalam struktur tersebut. ,ampuran monomer dengan mineral lokal kemudian diiradiasi dengan Mesin 2erkas Elektron sehingga ter*adi polimerisasi simultan seperti ditun*ukkan padaB

(12)

=ambar  menun*ukkan hasil analisis SEM pada sampel komposit superabsorben