Instrumentação – MEV, FIB e MSE

Henrique Limborço

Microscopista CM-UFMG

Prof. Departamento de Física – UFMG

Resumo

• Câmaras e Sistema de vácuo

• Manipuladores de amostras

• Coluna eletrônica e iônica

• Detectores

– Formação de Imagem

– Composição química (Raios-x)

O microscópio eletrônico de varredura

O microscópio eletrônico de varredura

Câmara e sistema de vácuo

Manipuladores de amostrasStage

Micro manipuladores

A coluna eletrônica

Geração do feixe

Termiônico Emissão de campo

Geração do feixeTermoiônico

Filamento de W

Cristal de LaB6

Geração do feixeFEG

~2kV

200V-30kV

Feixe eletrônico

Primeiro anodo

Segundo anodo

• Alto brilho• Feixe com diâmetro pequeno (3nm)

• Focalização fácil

• Baixa dispersão em energia• Longa vida

• Menor contaminação do sistema

Vantagens

Desvantagem: vácuo

Ajuste da corrente

Abertura da objetiva

http://www.ammrf.org.au/myscope

Mo

Ajuste da corrente

http://www.ammrf.org.au/myscope

Varredura e focalizaçãoLentes eletromagnéticas

https://hackaday.io ISI-100A

Varredura e focalização

https://hackaday.io

Objetiva 1ª condensadora

2ª condensadora

Bobinas de varredura

Varredura156 eletrons!

288 eletrons!Detector

Imagem

Canhão

Microscópio de feixe duplo: Elétrons + Íons

FIB = Focused Ion Beam

A coluna Iônica

Geração do feixe de íons (2µA)

Ajuste da corrente (1,5 pA-65nA)

Varredura e foco do feixe

LMIS

Geração do Feixe - LMIS

• LMIS – Liquid Metal Ion Source

http://www.web.pdx.edu/~dbn/LMIS_Development.html

Bobina/reservatório

Capilar

Cone de Taylor¹

¹Proceedings of the Royal Society A. 280, 1382 (1964).

Fonte - LMIS

Supressor0 - 2kV

Extractor0 - 15kV

Ion Spray

Spray Aperture

Feixe Iônico Gerado

Baixo ponto de fusão (29,8°C)

Elemento massivo (número atômico 69).

Apresentar um alto brilho de emissão (A/m2)

Indústria de semicondutores (GaAs)

O elemento gálio é amplamente usado como fonte de íons nos FIB comerciais por alguns motivos importantes:

LMIS: Elemento Gálio

A coluna Iônica

Geração do feixe de íons (2µA)

Ajuste da corrente (1,5 pA-65nA)

Varredura e foco do feixe

Similares à coluna eletrônica

Feixe duplo

Microscópio de feixe duplo: Elétrons + Íons

Canhão de elétrons: •Imagem alta resolução 0,8nm•Análise EDS•Imagem Química

Canhão de íons: •Nanofabricação (usinagem, depósito de filmes metálicos, micro-manipulação de materiais)•Imagem resolução 10nm

Microscópio de feixe duplo: Elétrons + Íons

Final coluna de íons Final coluna de elétrons

Base suporteamostra

Microscópio de feixe duploVisualização da câmara

Detectores

Everhart-ThornleyDetector

Backscattered ElectronsDetector

Large Field Detector(SE para baixo vácuo)

Imagem com feixe eletrônico

DetectoresETD

DetectoresETD

DetectoresBSD

A + B : Detalhes de composição(contraste de número atômico);

A – B : Detalhes topográficos;A ou B : Topografia

DetectoresLFD

DetectoresRaios-x característicos

WDS e EDS

Wavelength-Dispersive X-Ray SpectroscopyWDS

WDS

WDSMicrossonda eletrônica

EDSEnergy Dispersive x-ray

Spectroscopy2 tipos de detectores

Si(Li) e SDD

Si(Li)

Si(Li)

SDD

SDD

Detecção SDD

Vantagens do SDD

• Menor anodo

– Menor capacitância

– Menor ruído

Vantagens do SDD

Corrente de fuga (devido a Tensão aplicada no sensor)

Afeta resolução para processos longos → um patamar se transforma em rampa

Si(Li) precisa de longos tempos → resfriamento a nitrogênio liquido

SDD baixo ruído → tempo de processamento curto

Muito obrigado pela atenção

Perguntas?

• Atividade prática nos MEV’s

– Obtenção de imagens

– Mapas de composição química

– Ion milling

– EBSD? (experimento demorado)