본문/내용
주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)
원리
전자발생원(electron source)으로부터 전자선을 조사해 미소한 점으로 초점을 맞추고, 검출기로 미소점에서의 변화된 신호량의 대소를 브라운관 점의 명암으로써 영상시키는 방식이다. 전자선이 조사될 때 후방 산란 전자(back scattered electron), 2차 전자(secondary electron), X선, 음극 형광 등이 발생된다. 발생한 전자는 검출기에 의해 전류신호로 변환되어 브라운관 위에 신호상으로써 영상화된다. 이 중에서 2차 전자상이 가장 분리능이 높아서 가장 널리 사용된다. 다른 신호에 의한 상은 2차 전자상에 비해 분리능이 떨어지지만 시료를 구성하는 특수한 성질의 정보를 얻을 수 있으므로 이러한 것은 주로 특수목적의 분석에 이용되고 있다.
기능
1.고체 상태에서 작은 크기의 미세 조직과 형상을 관찰
2.차원적인 영상의 관찰이 용이해서 복잡한 표면구조나 결정 외형 등의 입체적인 형상을 높은 배율로 관찰할 수 있는 분석 장비
3.금속 파편, 광물과 화석, 반도체 소자와 회로망의 품질 검사, 고분자 및 유기물, 생체 시료와 유가공 제품 등 전 산업 영역에 활용
SEM원리
구조
전자총(electron gun)
전자총의 역할은 전자를 만들고 가속시키는 역할을 한다. 전자총은 전자선(electron ray)의 형태로 사용되는 안정된 전자원을 공급한다. 충분한 양의 이차전자를 생산할 수 있을 만큼 많은 양의 1차 전자를 만들되, 자기렌즈에 의해서 작은 빔을 효과적으로 형성하도록 고안되어 있다.
원자 내의 전자는 원자핵과의 전기력 작용에 의하여 특정 위치에서 일정한 에너지를 갖고 있기 때문에 전자가 상온에서 자기 위치를 벗어…
4. 주사 코일 : 주사 코일은 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 위치하여 전자선을 대물렌즈 중심의 한 점에 편향시키는 역할을 하는 것이다. 이 점에서 대물렌즈에 의해 다시 확대되며 이를 전자선이 시간에 따라 왕복하게 하는 작용을 하게 된다. 시편에 충돌한 뒤 여러지점에서 전자선의 전류는 CRT에서 동시에 전류가 같은 지점에 흐르게 된다. 그러므로 직사각형 모양으로 시편에서 주사를 하게 되면 CRT에서도 같이 주사하게 된다.
5. 비점보정 코일(Stigmator) : 오염물 등에 의해 생기는 산란전자 등은 전자선의 빔상을 비뚤게 한다. 이 결과 초점이 맞지 않게 되어 해상도를 떨어뜨리게 되는데, 이를 보정하게 하는 코일을 말하며 적당한 전류를 통해 보완하는 방법이다.
6. 시편과 시편 홀더 : SEM시료는 스터드 등의 금속제 받침에 놓이고, 이 받침은 홀더를 통하여 접지되어 있다. 시편으로 입사된 전자가 방전되지 않으면, 뒤에 입사되는 전자빔에 척력을 가하여 시료에 입사되는 전자의 수가 감소되며 2차 전자의 진로에 영향을 주어 영상의 질을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 세라믹이나 고분자 등의 부도체시료는 탄소막의 진공증착이나 금-팔라듐을 스퍼터링(sputtering)하여 전도성 코팅을 하여야 한다. 시편 홀더는 X, Y와 Z축 방향의 이동과
거리를 작동거리라 하는 데, 작동거리가 적을수록 더욱 작은 점을 형성할 수 있으므로 영상의 해상력이 증대된다. 대물렌즈속에는 주사코일, 조리개와 비점수차코일 등이 들어있으며, 대물렌즈로 전자빔을 시료의 표면에 초점을 맞추므로 영상의 배율이 변하여도 초점은 변하지 않는다.
3. 축조정 코일 : 전자총의 중심축과 집속렌즈의 중심축이 기계적으로 위치가 흩어져 있으면 전자총에서 방사되어 집속렌즈에 들어가는 전자선이 어긋나게 된다. 이는 렌즈의 수차발생의 원인이 되며 분리능을 떨어뜨리게 된다. 이때 전자총의 음극 바로 밑에서 전극 코일을 통해 X-Y축방향으로 적당량을 편향하여 집속렌즈의 축에 일치하게 하는 기능을 말한다.
4. 주사 코일 : 주사 코일은 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 위치하여 전자선을 대물렌즈 중심의 한 점에 편향시키는 역할을 하는 것이다. 이 점에서 대물렌즈에 의해 다시 확대되며 이를 전자선이 시간에 따라 왕복하게 하는 작용을 하게 된다. 시편에 충돌한 뒤 여러지점에서 전자선의 전류는 CRT에서 동시에 전류가 같은 지점에 흐르게 된다. 그러므로 직사각형 모양으로 시편에서 주사를 하게 되면 CRT에서도 같이 주사하게 된다.
5. 비점보정 코일(Stigmator) : 오염물 등에 의해 생기는 산란전자 등은 전자선의 빔상을 비뚤게 한다. 이 결과 초점이 맞지 않게 되어 해상도를 떨어뜨리게 되는데, 이를 보정하게 하는 코일을 말하며 적당한 전류를 통해 보완하는 방법이다.
6. 시편과 시편 홀더 : SEM시료는 스터드 등의 금속제 받침에 놓이고, 이 받침은 홀더를 통하여 접지되어 있다. 시편으로 입사된 전자가 방전되지 않으면, 뒤에 입사되는 전자빔에 척력을 가하여 시료에 입사되는 전자의 수가 감소되며 2차 전자의 진로에 영향을 주어 영상의 질을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 세라믹이나 고분자 등의 부도체시료는 탄소막의 진공증착이나 금-팔라듐을 스퍼터링(sputtering)하여 전도성 코팅을 하여야 한다. 시편 홀더는 X, Y와 Z축 방향의 이동과