Microscopio a scansione elettronica, come funziona

Un microscopio a scansione elettronica, indicato con la sigla SEM, consente di ingrandire il campione sottoposto ad esame di ben mille volte in più rispetto ad un comune microscopio ottico. Il microscopio elettronico SEM può avere un ingrandimento di 150.000/200.000x ed un potere di risoluzione di circa 4nm.

Come funziona il SEM?

Il microscopio a scansione elettronica ha un funzionamento fondato sull’interazione di un fascio di elettroni, generato da un’opportuna sorgente, con elevata energia (bassa lunghezza d’onda) e nel vuoto (necessario a ridurre le possibili interazioni fra elettroni e molecole di gas), con il campione. La sorgente può essere costituita da un filamento di tungsteno o di esaboruro di lantanio ed emette particelle cariche mediante emissione termoionica (il filamento è riscaldato fino a che gli elettroni raggiungono l’energia necessaria per essere svincolati dagli atomi cui appartengono) o di campo (emissione di particelle cariche legata alla capacità di estrazione dei campi elettrici, da un filamento di tungsteno appuntito). Il fascio elettronico è accelerato mediante una differenza di potenziale (ddp), indirizzato a un sistema di lenti elettromagnetiche, che ridimensiona il fascio proveniente dalla sorgente prima che giunga al campione, e deflesso in un sistema di scansione con campi magnetici, che consentono la scansione di un’area del campione. L’interazione fra il fascio di elettroni e la superficie del campione comporta, principalmente, l’emissione di elettroni secondari e retrodiffusi, che sono rilevati da un detector e trasformati in impulsi elettrici, per ottenere l’immagine fotografica visualizzata sullo schermo del microscopio. Gli elettroni secondari sono quelli provenienti da una distanza di qualche nanometro di profondità, con energia minore o uguale ai 50eV e forniscono informazioni sulla topografia superficiale e sulla distribuzione di eventuali campi elettrici o magnetici. Gli elettroni retrodiffusi, sono prodotti dal fenomeno di backscattering, hanno energie superiori ai 50eV e derivano dall’interazione del fascio elettronico, proveniente dalla sorgente esterna, con i nuclei atomici del campione, danno informazioni sul numero atomico degli atomi nella zona ispezionata, sulla struttura cristallina e sulla topografia.

Vantaggi del SEM

Il SEM è una tecnica d’analisi che offre numerosi vantaggi. Oltre ad essere non distruttiva, infatti, fornisce informazioni utili sul campione in esame: - topografia della superficie,
- natura della specie,
- struttura e proprietà chimico-fisiche,
- presenza di difetti elettrici,
- presenza di contaminanti,
- indicazioni sui potenziali di superficie. Va inoltre evidenziato che il campione sottoposto ad esame richiede una semplice preparazione e deve rispondere ad alcuni requisiti: - stabilità alle pressioni molto basse, che incontrerà nel microscopio, per cui deve essere essiccato o degassato nel caso in cui siano presenti sostanze volatili;
- conducibilità, per renderlo conduttivo può essere fatta una deposizione uniforme, su di esso, di uno strato sottile di oro o di carbonio.