Kính hiển vi điện tử SEM, TEM. Sự khác biệt của SEM TEM

Cả SEM (kính hiển vi điện tử quét kính hiển vi) và TEM (kính hiển vi điện tử truyền qua kính hiển vi) đều đề cập đến cả thiết bị và phương pháp được sử dụng trong kính hiển vi điện tử. Có nhiều điểm tương đồng giữa hai. Cả hai đều là loại kính hiển vi điện tử và cho khả năng nhìn, nghiên cứu và kiểm tra các hạt nhỏ, hạ nguyên tử hoặc các chế phẩm của mẫu. Cả hai cũng sử dụng các electron (cụ thể là chùm electron), điện tích âm của một nguyên tử. Ngoài ra, cả hai mẫu được sử dụng đều được yêu cầu phải được nhuộm màu hoặc trộn với một yếu tố cụ thể để tạo ra hình ảnh. Hình ảnh được tạo ra từ các thiết bị này có độ phóng đại cao và có độ phân giải cao.

1 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)

 SEM lần đầu tiên được phát hiện bỡi Zworykin vào năm 1942

Hình 1: Zworykin (1889-1982)- nhà bác học người Nga

3

 Mô hình của SEM hiện nay:

Hình 2: Cấu tạo cơ bản của máy SEM (Máy SEM tại Viện AIST – ĐH Bách khoa Hà Nội) 4

1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

 Các tín hiệu điện tử tương tác với bề mặt mẫu, sản sinh ra

những tín hiệu khác nhau, những tín hiệu này sẽ cung cấp

những thông tin sau:

b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt

động:

 SEM tạo ra hình ảnh bằng electron thứ cấp phát xạ từ bề mặt mẫu do chùm sóng

electron ban đầu đập vào

Chùm electron nhỏ được quét ngang qua mẫu  tín hiệu sinh

ra được thu nhận và hình ảnh

sẽ được thể hiện lại bằng cách ánh xạ tín hiệu với vị trí của sóng theo từng điểm một

6

Hình 4: Sơ đồ khối của máy SEM

1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

c) Sự tạo ảnh trong SEM:

Khi electron đập vào mẫu thì có các trường hợp xảy ra như sau:

 Nếu không va chạm với nguyên tử, nó sẽ tiếp tục di chuyển

đến va chạm với màn hình

 Nếu electron va chạm với mẫu (va chạm không đàn hồi) gây nhiễu ảnh

 Nếu electron va chạm đàn hồi thì năng lượng của nó không đổi

và tuân thủ định luật bảo toàn momen  các electron này dùng

để cho thông tin về mẫu với độ phân giải cao

7

1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

d) Ưu nhược điểm của SEM:

Ưu điểm

Phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật

Có thể hoạt động ở chân không thấp Các thao tác điều khiển đơn giản, dễ sử dụng Giá thành thấp hơn nhiều so với TEM

Nhược điểm

Hình ảnh thu được dưới dạng 2D

Đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm

8

1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

 Các tính năng chính của SEM:

 Quan sát bề mặt mẫu rắn ở các độ phóng đại khác nhau.

 Độ sâu trường quan sát lớn hơn rất nhiều so với kích thước hiển vi quang học.

 Kết hợp với đầu thu phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) cho phép phân tích thành phần nguyên tố vùng quan sát.

10

Hình 5: Phổ EDX của vật liệu

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

Thiết bị thực sự đầu tiên được xây dựng vào năm 1938 bỡi Albert Presbus

và James Hillier (1915-2007) ở Đại học Toronto (Canada) là một thiết bị hoàn chỉnh thực sự.

Hình 6 : Prebus (Trái) và Hillier

(phải) đang làm việc với TEM

11

b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Đối tượng sử dụng của TEM là chùm điện tử có năng lượng cao,

vì thế các linh kiện chính của TEM được đặt trong cột chân

không siêu cao được tạo ra nhờ các hệ bơm chân không (bơm

turbo, bơm ion,…)

 Cấu tạo cơ bản của TEM gồm:

Hình 7: Kính hiển vi điện tử truyền qua

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

• Súng phóng điện tử

13

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

• Các hệ thấu kính và lăng kính:

Trong TEM, có nhiều thấu kính có vai trò khác nhau:

-Hệ kính hội tụ và tạo chùm tia song song ( Condenser lens)

-Thấu kính nhiễu xạ (Diffraction lens)

-Thấu kính Lorentz (Lorentz lens, twin lens)

-Thấu kính phóng đại (Magnifying lens, intermediate lens)

• Các khẩu độ:

Là hệ thống các màn chắn có lỗ với độ rộng có thể thay đổi

nhằm thay đổi các tính chất của chùm điện tử như khả năng hội

tụ, độ rộng, lựa chọn các vùng nhiễu xạ của điện tử,…

Khẩu độ hội tụ (Condenser Aperture)

Khẩu độ vật (Objective Aperture)

Khẩu độ lựa chọn vùng (Selected Area Aperture) 14

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

- Màn huỳnh quang và phim quang học

- CCD Camera (Charge-couple Device Camera)

 Nguyên lý hoạt động:

Điện tử được phát ra từ

súng phóng điện tử được

tăng tốc bỡi một điện

trường lớn (khoảng vài trăm

kV)  hội tụ thành một chùm

điện tử hẹp (nhờ hệ

diaphragm và thấu kính từ), 

chiếu xuyên qua mẫu mỏng

tạo ra ảnh thật của vật trên

màn huỳnh quang

16

Hình 8: Sơ đồ khối của máy TEM

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

c) Sự tạo ảnh trong TEM

Có nhiều cách tạo ảnh như:

Tạo hình ảnh thật của vật ( trường tối trường sáng)

Ảnh nhiễu xạ điện tử (electron diffraction)

Ảnh cấu trúc domain (ảnh Lorentz)

17

Hình 9: Ảnh trường sáng (a), trường tối (b) mẫu hợp kim FeSiBNbCu

Hình 10: Ảnh nhiễu xạ điện tử Hình 11: Ảnh cấu trúc domain

d) Ưu và nhược điểm của TEM

Ưu điểm

Tạo ra ảnh cấu trúc vật rắn với độ tương phản, độ phân giải rất cao

Dễ dàng thông dịch các thông tin về cấu trúc

Cho ảnh thật của cấu trúc bên trong vật rắn  đem lại nhiều thông tin hơn.

18

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

e) Ứng dụng:

Quan sát hình ảnh có độ tương phản cao

Quan sát hình ảnh có độ phân giải cao

Thu nhận hình ảnh tự động sử dụng hình ảnh điều hướng “Image Navigation”

Thu nhận tự động hình ảnh nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng sử dụng chức năng phân tích nano

19

2 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

 SO SÁNH GIỮA TEM VÀ SEM:

Kỹ thuật chuẩn bị Dễ dàng Kỹ năng cao

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE