Tugas 1 Part 3)
A. Komponen Penyusun SEM dan Elektron Gun
2. Komponen-komponen Scanning Electron Microscope (SEM)
Telah disebutkan sebelumnya, Scanning Electron Microscope (SEM) (Gambar 2.1) adalah instrumen mikroskop elektron yang menggunakan elektron untuk memindai sebuah objek. SEM umunya digunakan untuk melihat objek yang sangat kecil (skala nano). SEM digunakan oleh seluruh teknologi yang berskala nano, diantaranya untuk mengidentifikasi material,pada bidang material science, forensik, analisis kegagalan metalurgi dan elektronik, ilmu korosi, batuan mineral, perangkat nano, polimer, katalis, desain semikonduktor, dan pertambangan minyak dan gas.
Gambar 2. 1Gambar Set Perangkat Scanning Elektron Microscopy (SEM)
Sumber: http://prism.mit.edu/reu07/Tony%20SEM%20summer%202007.ppt
Industri yang menggunakan SEM diantaranya akademik dan riset, minyak dan gas, penghasil daya, metal dan alloy, otomotif, aerospace, petrokimia, semikonduktor, komputer, dan industri pengolahan bahan kimia.
Image (citra) yang dihasilkan dari SEM berupa gambar hitam putih (tanpa
elektron probe (elektron pemindai) tidak berada pada spektrum cahaya tampak.
Berkas sinar elektron dengan jari-jari yang kecil yang telah kita temukan pada persamaan 2.8 inilah ditembakkan ke sampel. Elektron kemudian berinteraksi dengan atom- atom pada sampel. Elektron hasil interaksi kemudian menghasilkan sinyal yang mengandung informasi tentang topografi permukaan sampel, komposisi, morfologi, dan informasi lainnya yang ditangkap oleh detektor.
Instrumen SEM terdiri dari beberapa perangkat aecara garis besar, perangkat –perangkat tersebut dapat dikategorikan dalam tiga komponen, yaitu komponen pemindai, komponen penyajian gambar dan data (image display) dan komponen pendukung. Komponen pemindai sampel dan komponen image display telah diberikan pada Gambar 2.2.
Gambar 2. 2 Skema SEM (kolom SEM dan display image)
)
Sumber:
https://nanohub.org/resources/25495/download/Nano_Characterization_Lecture4.pptx
Komponen pemindai (Gambar 2.2 sebelah kiri) adalah komponen yang menghasilkan input berupa sinyal elektron hasil interaksi dengan atom-atom sampel. Interaksi elektron-atom sampel ada dua macam, yaitu secondary electron dan backscattered electron. Kedua interaksi ini akan dipelajari pada modul berikutnya. Komponen pemindai sampel terdiri dari electron gun, rangkaian lensa magnetik, tempat spesimen, scanning coils (deflection coils), dan detektor.
Komponen pemindai sampel berada pada kolom sem (lihat Gambar 2.1).
Kolom SEM berbentuk tabung dan menjadi tempat dihasilkannya berkas elektron (electron beam) hingga menjadi elektron pemindai (electron probe).
Elektrorn pemindai inilah yang ditembakkan ke sampel dan akhirnya menghasilkan sinyal elektron setelah berinteraksi dengan sampel. Di dalam
berinteraksi dengan tom-atom sampel dalam bentuk tumbukan. Hasil dari interaksi ini adalah foton dan beberapa spektrum elektron yang kemudian ditangkap oleh detektor.
Komponen penyaji gambar dan data adalah serangkaian perangkat pengolah input sinyal kemudian mengolahnya menjadi bentuk image (citra) dan data kuantitatif. Komponen penyaji gambar dan data terdiri atas komponen keras (hard ware) berupa amplifier, processor dan layar. Amplifier berfungsi sebagai penguat data, processor sebagai perangkat untuk mengolah data dan layar digunakan untuk menampilkan gambar dan data. Biasanya minimal terdapat dua layar yang digunakan sebagai hasil SEM. Layar pertama digunakan untuk melakukan pengaturan, sementara layar kedua digunakan untuk melihat hasil berupa gambar dan data. Untuk melakukan pengatrturan tersedia konsol kontroil berupa tombol – tombol putar yang bisa digunakan untuk melalukan tune sehingga kualitas gambar yang dihasilkan bisa maksimal.
Prosedur kerja SEM berdasarkan komponen-komponen penyusunnya (Gambar 2.2) dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Electron beam dari electron gun difokuskan oleh serangkaian lensa elektromagnetik, sehingga menghasilkan electron primer / elektron probe.
Elektron probe adalah elektron yang memiliki jari-jari sekita 2,4 Å (Sesuai persamaan 2.8)
2. Elektron primer keluar dari lensa akhir (final lens) kemudoan menumbuk specimen (sampel)
3. Elektron primer melakukan penetrasi kedalam permukaan sampel dan kemudian terjadi interaksi antara elektron primer dengan atom-atom penyusun sampel
4. Hasil interaksi elektron-sampel (ada dua jenis interaksi yaitu tumbukan elastis dan nonelastis, yang akan dibahas pada modul selanjutnya) menghasilkan beberapa spektrum elektron dan foton
5. Elektron dan foton yang teremisi kemudian dideteksi oleh detektor dan selanjutnya diteruskan ke amplifier untuk dikuatkan.
6. Detektor mengolah sinyal yang diterima dan mengubahnya menjadi image dan data kuantitatif.
7. Image dan data ditampilkan di display
8. Data hasil pemindaian disimpan dalam bentuk digital.
Komponen pendukung SEM diantaranya power supply, sistem vakum dan sistem pendingin. SEM adalah sebuah instrumen pemindai objek yang menggunakan sistem vakum. Tegangan yang tinggi dalam pengoperasian SEM seringkali mengakibatkan kenaikan suhu pada alat, sehingga diperlukan sebuah sistem pendingin digunakan untuk menjaga agar suhu bisa terjaga pada suhu optimum kerja. Peranan sistem vakum akan dibahas pada modul berikutnya.
Dalam pengoperasiannya, instrumen SEM juga harus diletakkan pada lantai non vibrasi dan ruangan yang bebas dari medan magnet dan medan listrik.
Sebuah komponen SEM memiliki minimal sebuah detektor secondary electron. Detektor tambahan dari sebuah SEM bisa berupa detektor backscattered electron, sinar X, dan EDAX. Semakin banyak fitur detektor sebuah SEM, maka semakin lengkap karakterisasi material yang dapat dilakukan. Karakterisasi material adalah sebuah studi yang dilakukan untuk menganalisis sifat fisis dari sebuah material, misalnya bentuk permukaan, struktur kristal, elemen penyusun, kerapatan, besar butir dan kecacatan (defek). Instrumen SEM yang dilengkapi banyak fitur diberikan pada Gambar 2.3.
Gambar 2. 3 Fitur-fitur karakterisasi pada sebuah SEM
Sumber: https://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/techniques/EPMA.html
Gambar 2.3 menunjukkan sebuah SEM yang dilengkapi oleh Energy Dispersive Spectometer (EDS), Wavelength Dispersive Spectometers (WDS), Mikroskop optik, detektor secondary electron (SE) dan detektor backscattered electron (BSE). Mikroskop optik ditambahkan pada SEM untuk membantu mengatur posisi sampel di dalam specimen chamber.
Fitur EDS digunakan untuk menganalisis elemen penyusun sampel. Fitur WDS digunakan untuk melengkapi EDS, EDS digunakan untuk memindai elemen penyusun sampel secara cepat, sedangkan WDS digunakan untuk menganalisis struktur kimia secara akurat dari sampel dan juga untuk memetakan komposisi elemen sinar X dari sebuah titik (spot) atau pun pada area yang lebih luas pada sampel.Detektor SE dan BSE adalah fitur standar pada SEM. Dari detektor SE dan BSE inilah image SEM dihasilkan.