Bab 2 Scanning Electron Microscope (SEM)

Bab 2 Scanning Electron Microscope (SEM). 1.

• SEM : instrumen paling serbaguna untuk pemeriksaan dan analisis struktur mikro, morfologi dan karakterisasi komposisi kimia. • Mikroskop elektron memanfaatkan sifat gelombang dari elektron berkecepatan tinggi • Mikroskop elektron dikembangkan karena keterbatasan Mikroskop Cahaya yang dibatasi oleh sifat fisik cahaya (perbesaran hingga 500x atau 1000x dan resolusi 0,2 mm.) 2.

Optical Microscope vs SEM. 3.

Skala dan Teknik Mikroskopi. Struktur mikro mulai dari struktur kristal hingga komponen mesin (Si3N4). 4.

Mag OM: 4x – 1000x SEM:10x – 500Kx. Depth of Field. Resolution. 15.5mm -0.19mm. ~ 0.2 mm. 4mm – 0.4 mm. 1 – 10 nm. • SEM memiliki kedalaman bidang yang besar, yang memungkinkan sejumlah besar sampel menjadi fokus pada satu waktu dan menghasilkan gambar yang merupakan representasi yang baik dari sampel tiga dimensi. • SEM juga menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi, yang berarti bahwa fitur yang dekat dapat diperiksa pada perbesaran tinggi.. 5.

Informasi Karakteristik 1. Topografi Permukaan fitur dari suatu objek atau "tampilannya", teksturnya; hubungan langsung antara fitur-fitur ini dan sifat-sifat material 2. Morfologi Bentuk dan ukuran partikel yang membentuk objek, hubungan langsung antara struktur dan sifat material ini 3. Komposisi Unsur dan senyawa yang terdiri dari objek dan jumlah relatifnya; hubungan langsung antara komposisi dan sifat material 4. Informasi Kristalografi Bagaimana atom-atom diatur dalam objek; hubungan langsung antara pengaturan ini dan sifat-sifat material. 6.

Kombinasi perbesaran yang lebih tinggi, kedalaman bidang yang lebih besar, resolusi yang lebih besar dan informasi komposisi dan kristalografi menjadikan SEM salah satu instrumen yang paling banyak digunakan di bidang penelitian dan industri, terutama di industri semikonduktor. 7.

Mata tanpa bantuan dapat membedakan objek yang berada di sekitar sudut visual 1/60 °, sesuai dengan resolusi ~ 0,1 mm (pada jarak pandang optimal 25 cm).. Why SEM? Mikroskop optik memiliki batas resolusi ~ 2.000 Å dengan memperbesar sudut visual melalui lensa optik 8.

DETAIL DARI MIKROSKOP ELEKTRON. SEM mirip dengan sebuah televisi. Filamen digunakan untuk mendapatkan elektron, selanjutnya magnet dipakai untuk memindahkannya, dan detektor berfungsi seperti kamera untuk menghasilkan gambar 9.

Resolusi and Persamaan Abbe Batas resolusi didefinisikan sebagai jarak minimum dimana dua struktur dapat dipisahkan dan masih muncul sebagai dua objek yang berbeda. Ernst Abbe [1] membuktikan bahwa batas resolusi tergantung pada panjang gelombang sumber penerangan. Pada panjang gelombang tertentu, ketika resolusi melebihi batas, gambar yang diperbesar menjadi kabur.. 10.

Deteksi dan Tampilan Sinyal •. •. Pembentukan gambar dalam SEM tergantung pada perolehan sinyal yang dihasilkan dari berkas elektron dan interaksi spesimen Ada dua kategori luas untuk menggambarkan hamburan elektron: - Elastik: Elektron yang hambur balik - tidak elastis: Elektron sekunder. Interaksi ini dapat dibagi menjadi dua kategori utama:. Interaksi elastis:. Interaksi tidak elastis:. Backscattered electrons. Secondary electron 11.

Electron Detectors. 12.

Hasil hamburan elastis dari defleksi elektron yang terjadi oleh inti atom spesimen atau oleh elektron kulit terluar dari energi yang sama. ditandai dengan hilangnya energi yang dapat diabaikan selama tumbukan dan oleh perubahan arah lebar sudut dari elektron yang tersebar. elektron yang tersebar secara elastis melalui sudut lebih dari 90 ° disebut elektron backscattered (BSE), dan menghasilkan sinyal yang berguna untuk pencitraan sampel 13.

Hamburan tidak elastis terjadi melalui berbagai interaksi antar elektron dan elektron-elektron dengan atom-atom sampel, dan menghasilkan berkas elektron utama yang mentransfer energi besar ke atom itu.. Jumlah kehilangan energi tergantung pada apakah elektron spesimen tereksitasi sendiri-sendiri atau bersamasama dan pada energi ikat elektron ke atom.. sejumlah sinyal lain dihasilkan ketika berkas elektron mengenai sampel, termasuk emisi sinar-X , elektron Auger,. eksitasi elektron spesimen selama ionisasi atom mengarah ke elektron sekunder (SE) , yang secara konvensional didefinisikan memiliki energi kurang dari 50 eV dan dapat digunakan untuk gambar atau menganalisis sampel. 14.

Backscattered Electrons Backscattered electron (BSE) muncul karena tumbukan elastis antara elektron yang masuk dan inti atom target (mis. Hamburan Rutherford). Semakin tinggi Z, semakin banyak BSE yang dipancarkan.. Seperti namanya, hamburan elastis menghasilkan sedikit (<1 eV) atau tidak ada perubahan energi dari elektron yang tersebar, meskipun ada perubahan dalam momentum (p). Karena p = mv dan massa elektron tidak berubah, arah vektor kecepatan harus berubah. Sudut hamburan dapat berkisar dari 0 hingga 180 °. 15.

Detektor Karena BSE memiliki energi tinggi, mereka tidak dapat ditarik seperti secondary electron (SE).. Detektor yang paling umum digunakan disebut detektor penghalang permukaan. Terletak di atas sampel, di bawah lensa objektif. BSE yang mengenai detektor akan terdeteksi... 16.

Urutan Deteksi Detektor penghalang permukaan adalah perangkat yang terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor memiliki pita valensi terisi dan pita konduksi kosong - mirip dengan bahan keramik.. 1. Ketika elektron BSE mengenai detektor, elektron dalam material berpindah dari valensi ke pita konduksi. 2. Elektron sekarang bebas bergerak di pita konduksi atau jatuh kembali ke pita valensi. 3. Jika potensial diterapkan, e- dan e + dapat dipisahkan, dikumpulkan, dan arus diukur. Kekuatan dari arus sebanding dengan jumlah BSE yang mengenai detektor 17.

Interaction of Electron with Samples. Beberapa sinyal yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron-spesimen di mikroskop elektron pemindaian dan daerah dimana sinyal dapat dideteksi. 18.

Ketika elektron menabrak permukaan spesimen, elektronelektron menembus ke dalam sampel sampai jarak tertentu dan bertabrakan dengan atom spesimen... berkas elektron primer menghasilkan apa yang dikenal sebagai daerah eksitasi primer atau volume interaksi, dimana berbagai sinyal dihasilkan. Ukuran dan bentuk zona ini sangat tergantung pada berkas energi elektron, nomor atom, dan kepadatan spesimen.. 19.

Nomor atom rendah. Nomor atom tinggi. Pengaruh tegangan akselarasi dan nomor atom pada volume interaksi. 20.

• Volume dan kedalaman penetrasi meningkat dengan meningkatnya energi sinar. • dan turun dengan meningkatnya nomor atom pengaruh spesimen karena spesimen dengan nomor atom yang lebih tinggi memiliki lebih banyak partikel untuk menghentikan penetrasi elektron.. 21.

Salah satu pengaruh volume interaksi pada akuisisi sinyal. menyebabkan hilangnya informasi permukaan yang terperinci dari sampel. tegangan akselerasi tinggi akan menghasilkan panjang penetrasi yang dalam dan wilayah eksitasi primer yang besar 22.

SEM dari struktur close-packed opal CaF2, yang diambil dengan berbagai tegangan akselerasi: (a) 1 kV dan (b) 20 kV.. 23.

Elektron sekunder Sinyal yang paling banyak digunakan yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron primer dengan spesimen adalah sinyal emisi elektron sekunder. Ketika berkas primer menabrak permukaan sampel, maka akan terjadi ionisasi atom spesimen, sehingga ikatan elektron lepas dan dapat dipancarkan sebagai elektron sekunder Karena energi yang dimiliki rendah, biasanya sekitar 3-5 eV, sehingga hanya dapat berpindah dari suatu daerah dalam beberapa nanometer dari permukaan material. memberikan informasi topografi dengan resolusi yang baik. 24.

Secondary Electron. Karena energinya yang rendah, elektron sekunder mudah tertarik ke detektor yang membawa bias tertentu. Detektor Everhart – Thornley (ET) adalah pengumpul standar untuk elektron sekunder di sebagian besar SEM. Elektron sekunder digunakan untuk kontras topografi dalam SEM, yaitu untuk visualisasi tekstur dan kekasaran permukaan. 25.

elektron sekunder • Elektron-elektron ini muncul karena tabrakan inelastik antara elektron primer (berkas sinar) dan elektron yang terikat secara longgar dari pita konduksi (lebih mungkin) atau elektron valensi yang terikat erat. • Interaksi bersifat Coulombic dan elektron yang dikeluarkan biasanya memiliki ˜ 5 - 10 eV. • 50 eV adalah memotong sewenang-wenang di bawahnya yang dikatakan sebagai elektron sekunder. 26.

Detektor • Elektron sekunder adalah elektron energi rendah sehingga dapat dengan mudah dikumpulkan dengan menempatkan tegangan positif (100 - 300V) di bagian depan detektor. Karena ini memungkinkan terkumpulnya sejumlah besar elektron sekunder (50 - 100%), menghasilkan jenis gambar "3D" dari sampel dengan kedalaman bidang yang besar. • Jenis detektor yang digunakan disebut tabung scintillator / photomultiplier.. 27.

Urutan Deteksi 1. 2. 3.. 4.. 5.. Elektron sekunder (SE) dipercepat ke depan detektor dengan tegangan bias 100 - 500 eV. Kemudian dipercepat ke scintillator dengan bias 6 - 12 keV, (10KeV normal). Scintillator adalah plastik atau kaca yang diolah dengan bahan fluorescent (mis. Europium). Lapisan tipis Al (700Å) menutupinya untuk mencegah cahaya menyebabkan fluoresensi. Potensi 10keV memungkinkan SE untuk melewati Al dan fluoresensi. Foton cahaya bergerak turun ke tabung (pemandu) ke fotokatoda yang mengubahnya menjadi elektron Elektron bergerak melalui detektor, menghasilkan lebih banyak elektron ketika mereka mengenai dinode. elektron output kemudian terdeteksi.. 28.

Gambar topografi tergantung pada berapa banyak elektron sekunder yang benar-benar mencapai detektor.. Sinyal elektron sekunder dapat menyelesaikan struktur permukaan hingga ke 10 nm atau lebih baik. Meskipun sejumlah elektron sekunder dihasilkan dari interaksi sinar primer spesimen, tetapi hanya elektron yang mencapai detektor yang akan berkontribusi pada gambar akhir.. Elektron sekunder yang terhalang mencapai detektor menghasilkan bayangan atau lebih gelap dibandingkan daerah-daerah yang memiliki jalur elektron tidak terhalang ke detektor.. 29.

Pengaruh topografi permukaan dan posisi detektor pada deteksi elektron sekunder 30.

Terlihat jelas dalam diagram bahwa topografi juga mempengaruhi zona emisi elektron sekunder.. Elektron dengan tegangan rendah akan menghasilkan elektron sekunder di daerah permukaan, yang akan mengungkapkan informasi struktur yang lebih rinci pada permukaan sampel. Ketika permukaan spesimen tegak lurus terhadap sinar, zona tempat elektron sekunder dipancarkan lebih kecil daripada yang ditemukan ketika permukaan dimiringkan. 31.

Backscattered Electrons. A. B. C. • SEM dengan deteksi BSEs akan menghasilkan gambar yang memberikan informasi komposisi dan topografi. • BSE didefinisikan elektron yang telah mengalami satu atau beberapa peristiwa hamburan dan lolos dari permukaan dengan energi lebih besar dari 50 eV. • Tabrakan elastis antara elektron dan inti atom spesimen menyebabkan elektron bangkit kembali dengan perubahan arah sudut lebar. 32.

D. E. • Kira-kira 10-50% dari berkas elektron tersebar ke sumbernya, dan rata-rata elektron ini menyimpan 60–80% dari energi awal mereka.. • Unsur-unsur dengan nomor atom yang lebih tinggi memiliki muatan lebih positif pada inti, sehingga, lebih banyak elektron yang tersebar kembali yang berdampak pada jumlah sinar yang tersebar lebih banyak. F • tergantung pada nomor atom sampel, nomor atom memberikan perbedaan gambar SEM. 33.

Sebagai contoh, hasil BSE adalah ~ 6% untuk elemen ringan seperti karbon, sedangkan ~ 50% untuk elemen yang lebih berat seperti tungsten atau emas.. Karena fakta bahwa BSE memiliki energi yang besar, yang mencegah mereka diserap oleh sampel, wilayah spesimen tempat BSE diproduksi jauh lebih besar daripada elektron sekunder.. Untuk alasan ini resolusi lateral gambar BSE jauh lebih buruk (1,0 μm) daripada gambar elektron sekunder (10 nm). 34.

Gambar batang nano Ni / Au yang dibentuk oleh (a) sinyal elektron sekunder dan (b) BSE 35.

Sifat sinar-X Sinyal lain yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron primer dengan spesimen adalah sinar-X. Analisis sifat sinar-X menghasilkan informasi kimia yang merupakan teknik analisis mikro yang paling banyak digunakan dalam analisis SEM atau EDX Ketika elektron di kulit dalam berpindah karena tabrakan dengan elektron primer, elektron kulit luar dapat jatuh ke kulit dalam untuk membangun kembali keseimbangan muatan yang tepat di orbitalnya mengikuti peristiwa ionisasi 36.

Elektron lainnya. Elektron Auger. Cathodo luminescence. Elektron yang ditransmisikan. Arus pada Specimen. 37.

38.

Komponen Utama SEM. 1. • Electron Guns. 2. • Lensa Elektron. 3. • Kolom Parameters. 4. • Formasi Gambar. 5. • Sistem vakum. 39.

40.

Elektron Gun ada di kolom bagian atas , menghasilkan elektron dan mempercepatnya ke tingkat energi 0,1–30 keV. Diameter berkas elektron yang dihasilkan oleh hairpin tungsten gun terlalu besar untuk membentuk gambar beresolusi tinggi lensa dan lubang elektromagnetik digunakan untuk memfokuskan dan menentukan berkas elektron dan untuk membentuk titik elektron yang difokuskan pada spesimen Proses ini mendegradasi ukuran sumber elektron (~ 50 μm untuk filamen tungsten) hingga ke ukuran titik akhir yang diperlukan (1–100 nm). lingkungan vakum tinggi, memungkinkan perjalanan elektron tanpa hamburan udara Dudukan spesimen, gulungan pemindai berkas elektron, deteksi sinyal, dan sistem pemrosesan menyediakan pengamatan real-time dan rekaman gambar permukaan spesimen.. 41.

Electron Guns. Energi dispersi kecil. berkas elektron stabil dengan arus tinggi. Sistem SEM modern mensyaratkan bahwa elektron gun menghasilkan……... Ukuran titik kecil. Energi yang dapat diatur 42.

dalam SEM ada tiga jenis electron gun. tungsten “hairpin”. lanthanum hexaboride (LaB6) cathodes. field emission sources. 43.

Tungsten elektron Gun telah digunakan lebih dari 70 tahun dan berbiaya rendah di banyak aplikasi, terutama untuk pencitraan dengan pembesaran rendah dan analisis mikro sinar-x. 1. Tungsten Electron Guns. Terdiri dari tiga bagian: 1.filamen tungsten hairpin berbentuk V (katoda), 2.silinder Wehnelt, dan 3.anoda, Potensial negatif (0,1–30 kV) diaplikasikan pada tungsten dan silinder Wehnelt dengan suplai tegangan tinggi. Filamen berbentuk V dipanaskan sampai suhu lebih dari 2.800 K , sehingga elektron dapat keluar dari permukaan ujung filamen.. anoda digroundkan, medan listrik antara filamen dan pelat anoda mempercepat elektron menuju anoda Potensial sedikit negatif antara silinder Wehnelt dan filamen disebut "bias," memberikan ekuivalen melengkung tajam di dekat aperture silinder Windehelt menghasilkan fokus dari berkas elektron.. Skema elektron gun tipe tungsten termionik 44.

2. Lanthanum Hexaboride Guns, LaB6. Alternatif untuk filamen tungsten adalah filamen LaB6. memiliki fungsi kerja yang lebih rendah (2,4 eV) daripada tungsten (4,5 eV). Ini berarti LaB6 dapat memberikan >>> emisi elektron yang lebih kuat pada suhu pemanasan yang sama.. elektron gun LaB6 memberikan kecerahan 5 hingga 10 × lebih besar dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan tungsten konvensional gun. 45.

area emisi efektif jauh lebih kecil daripada tungsten electron konvensional gun, sehingga mengurangi ukuran spot sinar elektron. Keuntungan LaB6 electron gun. berkas elektron yang dihasilkan oleh elektron Gun LaB6 memiliki penyebaran energi lebih kecil, penyimpangan kromatik lebih kecil dengan resolusi gambar SEM lebih tinggi. 46.

(A) gambar SEM dari elektron gun LaB6 dan (b) gambar pembesaran yang lebih tinggi, bintik-bintik kontaminasi kecil mudah dikenali. 47.

3. Field Emission Guns. (a) Sumber Field emisi dengan ujung tajam, (B) gambar pembesaran yang lebih tinggi; dan (c) diagram skematik dari sumber FEG. Kedua anoda berfungsi sebagai lensa elektrostatik untuk membentuk berkas elektron.. dalam FEG, sumber elektron berasal dari kawat tungsten kristal tunggal dengan ujung sangat tajam dan dibuat dengan etsa elektrolitik. Pada sistem ini, medan listrik yang kuat terbentuk pada ujung yang halus, dan elektron ditarik ke arah anoda Dua anoda digunakan dalam sistem FEG Tegangan V1 dengan beberapa kilovolt antara ujung dan anoda pertama dipakai untuk mengekstraksi elektron dari ujung, dan V0 adalah tegangan percepatan. 48.

Tiga jenis FEGs yang dipakai pada SEM. 1.cold field emission (CFE) sources. 2.thermal field emission (TFE) sources. 3.Schottky emitters (SE). 49.

b. Emisi elektron dari CFE murni tergantung pada medan listrik yang diaplikasikan antara anoda dan katoda. a. “cold field” berarti sumber elektron bekerja pada temperatur ruang.. c. Meskipun arus berkas elektron yang dipancarkan sangat kecil, kecerahan yang tinggi masih dapat dicapai karena diameter berkas elektron dan area emisi kecil. 1. Cold Field Emission (CFE). d. "flashing sebuah operasi dengan memanaskan ujung field emission sampai suhu lebih dari 2.000 K selama beberapa detik untuk membersihkan gas yang terserap di ujung. 50.

2.thermal field emission (TFE) sources. Dioperasilan pada temperatur tinggi. suhu mengurangi penyerapan molekul gas dan menstabilkan emisi berkas elektron bahkan ketika terjadi degradasi vakum. 51.

1. 2. 3. • Kinerja sumber SE dan CFE lebih unggul dari sumber termionik dalam hal kecerahan, ukuran sumber, dan masa pakai. • Sumber SE lebih disukai daripada sumber CFE karena stabilitasnya lebih tinggi dan pengoperasiannya lebih mudah. • area emisi (pemancar) sumber SE sekitar 100 × lebih besar dari sumber CFE, dan mampu menghasilkan 50 × arus emisi lebih tinggi daripada CFE pada penyebaran energi yang sama. 52.

Electron Lenses Berkas elektron dapat difokuskan oleh medan listrik statis atau magnet. berkas elektron yang dikendalikan oleh medan magnet memiliki penyimpangan yang lebih kecil, sehingga hanya sistem medan magnet yang digunakan dalam SEM Gulungan kawat, yang dikenal sebagai "elektromagnet," digunakan untuk menghasilkan medan magnet dan lintasan elektron dapat disesuaikan dengan arus yang diterapkan pada gulungan ini Lensa elektron dapat digunakan untuk memperbesar atau mendegradasi diameter berkas elektron, karena kekuatannya bervariasi maka panjang fokus juga bervariasi 53.

Lensa magnetik umumnya terdiri dari dua buah kutub besi yang berputar simetris di mana ada belitan tembaga yang menyediakan medan magnet Ada lubang di tengah potongan kutub yang memungkinkan berkas elektron untuk melewatinya. Celah lensa memisahkan dua potongan kutub, di mana medan magnet memfokuskan berkas elektron.. Condenser Lenses. Posisi titik fokus dapat dikontrol dengan menyesuaikan arus lensa kondensor. Bukaan kondensor, dikaitkan dengan lensa kondensor, dan titik fokus dari berkas elektron berada di atas bukaan. 54.

Diagram yang menunjukkan bagaimana elektron bergerak melalui lensa kondensor dan bukaan kondensor. * Banyak elektron yang tidak homogen atau tersebar ditahan oleh lubang kondensor. 55.

Objective Lenses. Berkas elektron akan menyimpang di bawah bukaan kondensor. Lensa objektif digunakan untuk memfokuskan berkas elektron ke titik pemeriksaan di permukaan spesimen dan untuk memasok demagnifikasi lebih lanjut. Pilihan demagnifikasi lensa dan ukuran bukaan yang tepat menghasilkan pengurangan diameter berkas elektron pada permukaan spesimen (ukuran spot), dan meningkatkan resolusi gambar. 56.

Tiga desain objective lenses. Asymmetric pinhole lens. Symmetric immersion lens. Snorkel lens. 57.

konfigurasi lensa objektif: (a) lensa lubang jarum asimetris (asymmetric pin hole lens), memiliki penyimpangan lensa besar; (b) lensa imersi simetris (symmetric imersion lens), di mana spesimen kecil dapat diamati dengan simpangan lensa kecil; dan (c) lensa snorkeling, 58.

adalah lensa objektif yang paling umum. Asymmetric pinhole lens or Conical lens. Lubang sangat kecil pada kutub, menjaga medan magnet di dalam lensa dan menyediakan daerah bebas medan magnet di atas spesimen untuk mendeteksi elektron sekunder.. konfigurasi ini memiliki penyimpangan lensa besar 59.

spesimen ditempatkan di dalam lensa, yang dapat mengurangi panjang fokus secara signifikan. Symmetric immersion lens Konfigurasi ini memberikan simpangan lensa terendah karena simpangan lensa berbanding langsung dengan panjang fokus. Tetapi ukuran spesimen tidak boleh lebih dari 5 mm. 60.

menghasilkan medan magnet yang kuat yang meluas ke spesimen.. Snorkel lens. memiliki kelebihan dari lensa pin hole dan lensa immersion, menggabungkan simpangani lensa rendah dengan mengijinkan spesimen besar.. konfigurasi ini dapat mengakomodasi dua detektor elektron sekunder (detektor konvensional dan dalam-lensa) 61.

Column Parameters. 62.

ukuran spot dan sudut konvergensi berkas α bukan satu-satunya faktor yang berhubungan langsung dengan resolusi dan kedalaman fokus gambar SEM. parameter lain seperti energi berkas elektron, arus lensa, ukuran apertur, jarak kerja (WD), dan penyimpangan lensa elektron kromatik dan akromatik. Sudut konvergensi berkas. 63.

Aperture Aperture digunakan untuk menahan elektron yang tersebar dan digunakan untuk mengontrol penyimpangan bola pada lensa akhir. Ada dua jenis aperture satu di dasar lensa akhir dan dikenal sebagai real aperture. dikenal sebagai virtual aperture dan ditempatkan di berkas elektron pada titik di atas lensa akhir. 64.

• Karena elektron yang berasal dari elektron gun telah menyebar dalam energi kinetik dan arah gerakan, maka sulit untuk difokuskan ke bidang yang sama untuk membentuk titik yang tajam. • Dengan memasukkan aperture, elektron-elektron liar diblokir dan berkas sempit yang tersisa akan sampai pada “Disc of Least Confusion” yang sempit.. 65.

bentuk dan ketajaman tepi berkas dipengaruhi oleh real aperture.. virtual aperture, membatasi berkas elektron virtual aperture ditemukan pada sebagian besar sistem SEM modern.. 66.

Mengurangi ukuran aperture akan mengurangi sudut berkas α untuk WD yang sama. menghasilkan peningkatan kedalaman bidang dan penurunan arus dalam pemeriksaan akhir. 67.

Gambar 1.16. SEM pertumbuhan cabang batang nano ZnO yang diambil dengan ukuran aperture berbeda: (a) 30μm dan (b) 7.5μm. Peningkatan kedalaman bidang (depth of field) lihat lingkaran putus-putus. 68.

Serangkaian kumparan yang mengelilingi berkas elektron, disebut sebagai "stigmator," dapat digunakan untuk memperbaiki astigmatisme dan mencapai gambar dengan resolusi lebih tinggi.. 69.

Depth of Field . Bagian gambar yang tampak dan fokus disebut “kedalaman bidang.”. Kurang fokus Fokus. Terlalu fokus. 70.

Sinar elektron dengan sudut konvergensi (α) lebih kecil memberikan depth field lebih lebar, karena perubahan ukuran titik kurang signifikan di sepanjang arah sinar untuk berkas elektron yang tajam Disamping aperture size, WD akan mempengaruhi depth field.. 71.

o Pada WD yang lebih panjang, dengan kerucut sempit berkas elektron menghasilkan peningkatan kedalaman bidang. o panjang WD tidak berarti resolusi tinggi o Depth field sangat penting pada pengamatan spesimen dengan variasi topografi yang besar. 72.

Gambar 1.20 susunan selaras Co-doped ZnO nanowires yang dibuat dengan endapan uap kimia, memperlihatkan peningkatan depth field dengan penambahan jarak kerja Working Distance (WD) dari (a) 3mm s/d (b) 12 mm diperlihatkan dengan lingkaran putus-putus. 73.

Image Formation Interaksi kompleks terjadi ketika berkas elektron menimpa permukaan spesimen dan membangkitkan berbagai sinyal untuk pengamatan SEM Elektron sekunder, BSE, elektron yang ditransmisikan, atau arus spesimen semuanya dapat dikumpulkan dan ditampilkan Untuk mendapat informasi mengenai komposisi spesimen, maka dilakukan analisis terhadap x-ray tereksitasi atau elektron Auger 74.

Pembuatan Signal Interaksi berkas elektron dengan spesimen terjadi dalam volume eksitasi di bawah permukaan spesimen. Kedalaman volume interaksi tergantung pada komposisi spesimen padat, energi berkas elektron, dan sudut datang.. Dua macam proses hamburan yaitu proses elastis dan non elastik, 75.

Hamburan elastis merupakan hasil dari produksi BSEs. Hamburan non elastik - elektron sekunder yang tereksitasi sepanjang volume interaksi. Energi< 50 eV. Sebaliknya, BSE dapat berasal dari kedalaman yang lebih besar di bawah permukaan spesimen.. Sinar-x dieksitasi /dibangkitkan selama interaksi berkas elektron dengan spesimen selain elektron Auger, cathodoluminescence, elektron yang ditransmisikan, 76.

Scanning Coils • •. •. berkas elektron difokuskan ke titik pemeriksaan pada permukaan spesimen dan membangkitkan sinyal yang berbeda untuk pengamatan SEM. untuk membentuk gambar, titik pemeriksaan harus dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain oleh scanning system y Tetapi informasi ini hanya datang dari satu titik. Sistem pembentukan gambar dalam SEM. 77.

 Scanning coils digunakan untuk membelokkan berkas elektron sehingga dapat memindai permukaan spesimen sepanjang sumbu x atau y Beberapa detektor digunakan untuk mendeteksi sinyal yang berbeda: • detektor BSE solid state untuk BSE • detektor ET untuk sekunder dan BSE • spektrometer sinar-x untuk karakteristik sinar-X • photomultipliers untuk cathodoluminescence Sinyal yang terdeteksi diproses dan diproyeksikan pada layar CRT atau kamera 78.

Detektor Secondary Electron Pengembangan SEM menjadi kenyataan komersial, dilakukan Everhart dan Thornley (ET) - detektor untuk SEs. 2. pipa untuk mentransfer cahaya 3. PMT yang mengubah sinyal cahaya kembali menjadi sinyal elektron. 1. scintillator yang mengubah sinyal elektron menjadi cahaya. Perangkat ET terdiri dari tiga komponen 79.

Contrast Formation  Komposisi spesimen  Topografi specimen Komposisi •. Jumlah elektron sekunder meningkat ketika jumlah atom spesimen meningkat, karena emisi elektron sekunder tergantung pada kerapatan elektron dari atom spesimen. • Produksi BSE juga meningkat dengan jumlah atom spesimen. 80.

 kontras sinyal elektron sekunder dan sinyal BSE dapat memberikan informasi tentang komposisi spesimen Sinyal BSE menghasilkan kontras yang lebih baik terkait dengan variasi komposisi spesimen Mikrograf elektron sekunder dari nikel yang diendapkan secara elektrik pada membran CaF2 close-packed 1 μm. 81.

Topografi. • Dalam deteksi elektron sekunder, jumlah elektron yang. •. terdeteksi dipengaruhi oleh topografi permukaan spesimen Pengaruh topografi pada kontras gambar adalah hasil dari posisi relatif dari detektor, spesimen, dan berkas elektron yang datang.. 82.

Topografi permukaan juga dapat mempengaruhi efisiensi emisi elektron sekunder.. emisi elektron sekunder akan meningkat secara signifikan di ujung puncak permukaan 83.

Memiringkan spesimen, akan mengubah sudut datangnya berkas elektron pada permukaan spesimen, akan mengubah daerah tereksitasi dan juga mengubah daerah emisi efektif elektron sekunder.. Secara umum sudut kemiringan yang besar akan berkontribusi pada peningkatan emisi elektron sekunder. 84.