Scanning Electron Microscopic

Oleh : Marhamah Nur & Rita
BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.
Pada tahun 1920 ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang dipercepat dalam suatu kolom elektromagnet, dalam suasana hampa udara (vakum) berkarakter seperti cahaya, dengan panjang gelombang yang 100.000 kali lebih kecil dari cahaya. Selanjutnya ditemukan juga bahwa medan listrik dan medan magnet dapat berperan sebagai lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam mikroskop cahaya.
Salah satu jenis dari mikroskop electron adalah SEM atau scanning electron microscopes. Mikroskop banyak digunakan oleh para ilmuan untuk melihat struktur kecil pada mahkluk hidup. Pada makalah ini akan dibahas lebih lengkap tentang SEM dan struktur-struktur yang membantu kerja mikroskop ini.

B. Tujuan
1. Untuk mengetahui pengertian dari Mikroskop elektron scanning (SEM).
2. Mampu menjelaskan bagian-bagian dari Mikroskop elektron scanning (SEM).
3. Meneliti pembesaran pada Mikroskop elektron scanning (SEM).
4. Mengetahui contoh dari persiapan pada Mikroskop elektron scanning (SEM).

C. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah cara karja Scanning dan proses pembentukan gambar pada Mikroskop elektron scanning (SEM)?
2. Apa saja manfaat Mikroskop elektron scanning (SEM) pada lingkungan?
3. Apa saja bagian-bagian dari bahan pada Mikroskop elektron scanning (SEM)?

BAB II
PEMBAHASAN

A. Pengertian
Mikroskop elektron scanning (SEM) adalah jenis mikroskop elektron yang gambar permukaan sample dengan memindai itu dengan energi tinggi sinar elektron dalam raster scan pola. Elektron berinteraksi dengan atom-atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal yang berisi informasi tentang sampel yang permukaan topografi , komposisi dan sifat lain seperti konduktivitas listrik .
B. Bagian-bagian
Jenis-jenis sinyal yang dihasilkan oleh SEM termasuk elektron sekunder , back-tersebar elektron (BSE), karakteristik sinar-X , cahaya ( cathodoluminescence ), elektron saat ini dan dikirimkan spesimen. Sebuah mesin tunggal akan memiliki detektor untuk semua sinyal mungkin. Sinyal hasil dari interaksi dari berkas elektron dengan atom pada atau dekat permukaan sampel. Dalam mode deteksi atau standar yang paling umum, pencitraan elektron sekunder atau SEI, SEM dapat menghasilkan gambar beresolusi tinggi yang sangat dari permukaan sampel, mengungkapkan rincian tentang kurang dari 1 hingga 5 nm dalam ukuran. Karena berkas elektron yang sangat sempit, mikrograf SEM memiliki besar kedalaman lapangan menghasilkan penampilan tiga-dimensi karakteristik berguna untuk memahami struktur permukaan sampel.
Hal ini dicontohkan oleh mikrograf serbuk sari ditampilkan ke kanan. Beragam perbesaran mungkin, dari sekitar 10 kali (sekitar setara dengan lensa-tangan kuat) sampai lebih dari 500.000 kali, sekitar 250 kali batas perbesaran yang terbaik mikroskop cahaya . Tersebar elektron Kembali (BSE) adalah balok elektron yang tercermin dari sampel dengan hamburan elastis . BSE sering digunakan dalam SEM analisis bersama dengan spektrum terbuat dari sinar-X karakteristik.
Karena intensitas sinyal BSE sangat terkait dengan nomor atom (Z) dari spesimen, gambar BSE dapat memberikan informasi tentang distribusi unsur-unsur yang berbeda dalam sampel. Untuk alasan yang sama, pencitraan BSE dapat gambar koloid emas immuno-label dari 5 atau diameter 10 nm yang dinyatakan akan sulit atau tidak mungkin untuk mendeteksi dalam gambar elektron sekunder dalam spesimen biologis. Karakteristik X-sinar yang dipancarkan ketika menghapus sebuah berkas elektron dalam kulit elektron dari sampel, menyebabkan elektron energi yang lebih tinggi untuk mengisi shell dan melepaskan energi. Ini sinar-X karakteristik digunakan untuk mengidentifikasi komposisi dan mengukur kelimpahan unsur-unsur dalam sampel.
C. Sejarah
Gambar SEM pertama diperoleh oleh Max Knoll , yang pada tahun 1935 memperoleh citra baja silikon menunjukkan kontras penyaluran elektron. Bekerja merintis lebih lanjut mengenai prinsip-prinsip fisik SEM dan interaksi spesimen balok dilakukan oleh Manfred von Ardenne pada tahun 1937, yang menghasilkan paten Inggris tetapi tidak pernah membuat instrumen praktis. SEM dikembangkan lebih lanjut oleh Profesor Sir Charles Oatley dan muridnya pascasarjana Gary Stewart dan pertama kali dipasarkan pada tahun 1965 oleh Cambridge Instrumen Perusahaan sebagai “Stereoscan”. Instrumen pertama dikirim ke DuPont.
D. Scanning dan proses pembentukan gambar
Dalam SEM khas, suatu berkas elektron yang thermionically dipancarkan dari pistol elektron dilengkapi dengan tungsten filamen katoda . Tungsten biasanya digunakan dalam senjata elektron termionik karena memiliki titik lebur tertinggi dan terendah tekanan uap dari semua logam, sehingga memungkinkan untuk menjadi dipanaskan untuk emisi elektron, dan karena biaya rendah. Jenis lain dari emitter elektron termasuk hexaboride lantanum Lab katoda, yang dapat digunakan dalam SEM filamen tungsten standar jika sistem vakum-upgrade dan senjata emisi lapangan (FEG), yang mungkin dari katoda dingin- tipe menggunakan tungsten tunggal kristal emitter atau termal-dibantu Schottky tipe, dengan menggunakan penghasil emisi oksida zirkonium .
Sinar elektron, yang biasanya memiliki energi mulai dari 0,5 keV sampai 40 keV, difokuskan oleh dua kondensor lensa atau satu untuk menemukan sebuah sekitar 0,4 nm sampai 5 nm diameter. Sinar melewati pasangan pemindaian koil atau pasang pelat deflector di kolom elektron, biasanya dalam lensa terakhir, yang bias balok di sumbu x dan y sehingga scan dalam raster mode atas area persegi dari permukaan sampel .
Ketika berkas elektron primer berinteraksi dengan sampel, elektron kehilangan energi dengan hamburan acak diulang dan penyerapan dalam volume butiran air mata berbentuk dari spesimen yang dikenal sebagai volume interaksi, yang memanjang dari kurang dari 100 nm ke sekitar 5 pM ke permukaan. Ukuran volume interaksi tergantung pada arahan energi elektron, jumlah atom spesimen dan kerapatan spesimen. Pertukaran energi antara berkas elektron dan hasil sampel dalam refleksi-energi elektron tinggi oleh hamburan elastis , emisi elektron sekunder dengan hamburan inelastik dan emisi radiasi elektromagnetik , yang masing-masing dapat dideteksi dengan detektor khusus. balok Arus diserap oleh spesimen juga dapat dideteksi dan digunakan untuk membuat gambar distribusi spesimen saat ini. amplifier Elektronik berbagai jenis yang digunakan untuk memperkuat sinyal yang ditampilkan sebagai variasi dalam kecerahan pada tabung sinar katoda .
Para raster pemindaian layar CRT adalah disinkronkan dengan balok pada spesimen di mikroskop, dan gambar yang dihasilkan karena itu peta distribusi intensitas sinyal yang dipancarkan dari daerah dipindai spesimen. Gambar dapat ditangkap oleh fotografi dari tabung sinar katoda resolusi tinggi, tapi di mesin modern digital ditangkap dan ditampilkan pada monitor komputer dan disimpan ke komputer hard disk .
E. Pembesaran
Pembesaran dalam SEM dapat dikendalikan rentang hingga 6 urutan magnitudo dari sekitar 10 sampai 500.000 kali. Tidak seperti transmisi elektron mikroskop dan optik, gambar perbesaran dalam SEM bukan merupakan fungsi dari kekuatan lensa objektif . SEM mungkin memiliki kondensor obyektif dan lensa, tetapi fungsi mereka adalah untuk fokus balok ke tempat, dan bukan untuk gambar spesimen. Menyediakan senapan elektron bisa menghasilkan sebuah balok dengan diameter cukup kecil, sebuah SEM bisa di prinsip kerja seluruhnya tanpa kondensor atau lensa objektif, meskipun mungkin tidak akan sangat fleksibel atau mencapai resolusi sangat tinggi.
Dalam SEM, seperti dalam pemindaian mikroskop probe , hasil perbesaran dari rasio dimensi raster pada spesimen dan raster pada perangkat layar. Dengan asumsi bahwa tampilan layar memiliki ukuran tetap, hasil perbesaran yang lebih tinggi dari mengurangi ukuran raster pada spesimen, dan sebaliknya. Pembesaran Oleh karena itu dikendalikan oleh arus dipasok ke x, y pemindaian gulungan, atau tegangan dipasok ke, pelat x deflektor y, dan bukan dengan kekuatan lensa objektif.
F. Contoh Persiapan
Semua sampel juga harus dari ukuran yang sesuai agar sesuai dengan ruang spesimen dan biasanya dipasang kaku terhadap pemilik spesimen disebut stub spesimen. Beberapa model SEM dapat memeriksa setiap bagian dari sebuah wafer (15 cm) semikonduktor 6-inci, dan beberapa dapat tilt objek sebesar itu sampai 45 °.
Untuk pencitraan konvensional dalam SEM, spesimen harus elektrik konduktif , setidaknya di permukaan, dan elektrik membumi untuk mencegah akumulasi muatan elektrostatik di permukaan. benda logam memerlukan persiapan khusus kecil untuk SEM kecuali untuk pembersihan dan pemasangan pada stub spesimen. spesimen Nonconductive cenderung dikenakan biaya apabila dipindai oleh berkas elektron, dan terutama dalam mode pencitraan elektron sekunder, ini menyebabkan kesalahan dan artefak pemindaian gambar lainnya. Mereka itu biasanya dilapisi dengan lapisan ultra tipis dari elektrik-melakukan bahan, umumnya emas, diletakkan di atas sampel baik dengan vakum rendah menggerutu lapisan atau dengan penguapan vakum tinggi. bahan konduktif digunakan saat pelapisan spesimen meliputi emas , emas / paladium paduan, platinum , osmium , [5] iridium , tungsten , kromium dan grafit . Coating mencegah akumulasi statis muatan listrik pada spesimen selama iradiasi elektron.
Dua alasan untuk pelapisan, bahkan ketika ada cukup spesimen konduktivitas untuk mencegah pengisian, adalah untuk meningkatkan sinyal dan resolusi permukaan, terutama dengan sampel yang rendah nomor atom (Z). Perbaikan dalam resolusi muncul karena hamburan balik dan emisi elektron sekunder di dekat permukaan yang ditingkatkan dan dengan demikian gambar permukaan terbentuk.
Sebuah alternatif untuk pelapisan sebagian sampel biologis adalah untuk meningkatkan konduktivitas sebagian besar bahan dengan impregnasi dengan menggunakan varian osmium dari OTO pewarnaan metode (O-osmium, T-thiocarbohydrazide, O-osmium). Spesimen Nonconducting mungkin dicitrakan tidak dilapisi dengan peralatan khusus SEM seperti “Lingkungan SEM” (ESEM) atau meriam lapangan emisi (FEG) SEM dioperasikan pada tegangan rendah. Lingkungan SEM instrumen tempat spesimen dalam ruang tekanan yang relatif tinggi di mana jarak kerja pendek dan kolom elektron optik diferensial dipompa untuk menjaga vakum cukup rendah di electron gun. Daerah tekanan tinggi di sekitar sampel di ESEM menetralkan muatan dan menyediakan amplifikasi sinyal elektron sekunder.
SEM tegangan rendah dari spesimen yang tidak bisa melakukan operasional sulit untuk dicapai dalam SEM konvensional dan biasanya sebuah aplikasi riset untuk spesimen yang sensitif terhadap proses penerapan pelapis konduktif. SEM tegangan rendah biasanya dilakukan dalam FEG-SEM karena FEG mampu menghasilkan kecerahan elektron tingkat SD bahkan pada potensi percepatan rendah. kondisi operasi harus disesuaikan sedemikian rupa sehingga biaya ruang lokal pada atau di dekat netral dengan cukup elektron sekunder yang rendah tegangan yang tersedia untuk menetralkan situs manapun permukaan bermuatan positif. Hal ini mengharuskan bahwa sinar utama elektron potensial dan arus disetel dengan karakteristik dari spesimen sampel.
Embedding dalam resin dengan polishing lebih lanjut ke akhir seperti cermin dapat digunakan untuk kedua dan bahan spesimen biologi ketika pencitraan dalam elektron backscattered atau ketika melakukan X-ray Mikroanalisis kuantitatif.
G. Sample biologi
Untuk SEM, spesimen yang biasanya diperlukan untuk benar-benar kering, karena ruang spesimen adalah pada vakum tinggi. Keras, bahan kering seperti kayu, tulang, bulu, kering serangga atau dinding dapat diperiksa dengan perawatan lebih lanjut sedikit, tapi sel-sel hidup dan jaringan dan utuh, organisme bertubuh lunak biasanya memerlukan kimia fiksasi untuk melestarikan dan menstabilkan struktur mereka. Fiksasi biasanya dilakukan dengan inkubasi dalam larutan dari buffer fiksatif kimia, seperti glutaraldehid , kadang dikombinasikan dengan formaldehida dan lain fiksatif, dan secara opsional diikuti dengan postfixation dengan ferri osmium . Jaringan tetap kemudian dehidrasi. Karena udara pengeringan runtuh penyebab dan penyusutan, hal ini biasanya dicapai dengan titik kritis pengeringan , yang melibatkan penggantian air dalam sel dengan pelarut organik seperti etanol atau aseton , dan penggantian pelarut ini pada gilirannya dengan cairan transisi sebagai cair seperti karbon dioksida pada tekanan tinggi. Karbon dioksida akhirnya dikeluarkan ketika sedang dalam keadaan superkritis, sehingga tidak ada antarmuka gas-cair hadir dalam sampel selama pengeringan. Spesimen kering biasanya terpasang pada spesimen stub menggunakan perekat seperti resin epoksi atau konduktif dua sisi pita perekat-elektrik, dan menggerutu dilapisi dengan emas atau emas / paduan paladium sebelum pemeriksaan di mikroskop.
Jika SEM dilengkapi dengan panggung dingin untuk cryo-mikroskop, cryofixation dapat digunakan dan suhu pemindaian mikroskop elektron-rendah dilakukan pada spesimen tetap cryogenically. tetap spesimen Cryo mungkin cryo-retak di bawah vakum dalam aparat khusus untuk mengungkapkan struktur internal, menggerutu dilapisi dan dipindahkan ke-cryo tahap SEM sementara masih beku. Suhu pemindaian mikroskop elektron-Low juga berlaku untuk pencitraan sensitif bahan suhu seperti es (lihat misalnya ilustrasi di kanan) dan lemak.
Freeze-retak, beku-etch atau beku-dan-break merupakan metode persiapan sangat berguna untuk menguji membran lipid dan protein dimasukkan dalam “wajah pada” tampilan. Metode persiapan mengungkapkan protein tertanam di lapisan ganda lipid.
Emas memiliki nomor atom tinggi dan menggerutu pelapisan dengan emas menghasilkan kontras topografi tinggi dan resolusi. Namun, lapisan memiliki ketebalan dari beberapa nanometer, dan dapat mengaburkan detail halus yang mendasari spesimen pada perbesaran yang sangat tinggi. -vakum SEM Rendah dengan diferensial lubang pemompaan memungkinkan sampel harus dicitrakan tanpa pelapisan tersebut dan tanpa kehilangan kontras alam disebabkan oleh pelapisan, tetapi tidak dapat mencapai resolusi dicapai oleh SEM konvensional dengan spesimen dilapisi.

H. Prosedur kerja
SEM bekerja berdasarkan prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi gambar. Imajinasi mudahnya gambar yang didapat mirip sebagaimana gambar pada televisi
Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat.
Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi. Ditinjau dari jalannya berkas media , SEM dapat dianalogikan dengan mikroskop optik metalurgi, sedangkan TEM analog dengan mikroskop optik biologi. SEM dan mikroskop optik metalurgi menggunakan prinsip refleksi, dalam arti permukaan spesimen memantulkan berkas media. TEM dan mikroskop optik biologi/kedokteran memakai prinsip transmisi, artinya berkas media menembus spesimen yang tipis.
Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan dan lekukan permukaan. Gambar topogorafi diperoleh dari penangkapan pengolahan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah scanning yang berarti bahwa berkas elektron “menyapu” permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan membentuk garis demi garis, mirip seperti gerakan mata yang membaca. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkannyapun adalah dari titik pada permukaan, yang selanjutnya ditangkap oleh SE detector dan kemudian diolah dan ditampilkan pada layar CRT (TV). Scanning coil yang mengarahkan berkas elektron bekerja secara sinkron dengan pengarah berkas elektron pada tabung layar TV, sehingga didapatkan gambar permukaan spesimen pada layar TV.
I. SEM lingkungan
Akumulasi muatan listrik pada permukaan spesimen non-logam dapat dihindari dengan menggunakan SEM lingkungan di mana spesimen ditempatkan dalam ruang internal pada tekanan yang lebih tinggi, bukan vakum pada kolom optik elektron. Ion bermuatan positif yang dihasilkan oleh interaksi balok dengan gas bantuan untuk menetralkan muatan negatif pada permukaan spesimen. Tekanan gas dalam ruang tersebut dapat dikendalikan, dan jenis gas yang digunakan bisa bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Coating demikian tidak perlu, dan X-ray analisis tanpa hambatan.
SEM konvensional membutuhkan sampel yang akan dicitrakan bawah vakum , karena suasana gas dengan cepat menyebar dan melemahkan elektron balok. Akibatnya, sampel yang menghasilkan sejumlah besar uap , misalnya sampel biologis basah atau-bearing rock minyak perlu cryogenically baik kering atau beku. Proses yang melibatkan transisi fasa , seperti pengeringan perekat atau pencairan paduan , transportasi cair, reaksi kimia, gas-udara-sistem yang solid pada umumnya tidak dapat diamati. Beberapa pengamatan sampel hidup telah dimungkinkan.
Pengembangan komersial pertama SEM Lingkungan (ESEM) pada akhir 1980-an diperbolehkan sampel yang akan diamati pada tekanan rendah lingkungan gas (misalnya 1-50 Torr ) dan relatif tinggi kelembaban (hingga 100%). Hal ini dimungkinkan oleh perkembangan-detektor elektron sekunder, mampu beroperasi dengan adanya uap air dan dengan menggunakan tekanan yang membatasi lubang dengan diferensial memompa di jalur dari berkas elektron untuk memisahkan vakum daerah (sekitar pistol dan lensa) dari ruang sampel.
Yang ESEMs komersial pertama yang diproduksi oleh ElectroScan Corporation di Amerika Serikat pada tahun 1988. ElectroScan kemudian diambil alih oleh Philips (yang kemudian dijual divisi elektron-optik mereka untuk FEI Company) pada tahun 1996.
ESEM ini sangat berguna untuk bahan non-logam dan biologis karena pelapisan dengan karbon atau emas tidak diperlukan. Uncoated Plastik dan Elastomer dapat secara rutin diperiksa, seperti dapat sampel biologi uncoated. Coating bisa sulit untuk membalikkan, dapat menyembunyikan fitur kecil pada permukaan sampel dan dapat mengurangi nilai dari hasil yang diperoleh. X-ray Analisis sulit dengan lapisan logam berat, jadi pelapis karbon secara rutin digunakan dalam SEM konvensional, tapi ESEM memungkinkan untuk melakukan Mikroanalisis X-ray pada spesimen non-konduktif uncoated. ESEM mungkin disukai untuk mikroskopi elektron sampel unik dari tindak pidana atau perdata, di mana analisis forensik mungkin perlu diulangi oleh para pakar yang berbeda.
J. Keputusan SEM
Resolusi spasial dari SEM tergantung pada ukuran dari spot elektron, yang pada gilirannya tergantung pada panjang gelombang elektron dan sistem elektron-optik yang menghasilkan sinar pemindaian. Resolusi juga dibatasi oleh ukuran volume interaksi, atau sejauh mana materi berinteraksi dengan berkas elektron. Ukuran spot dan volume interaksi keduanya besar dibandingkan dengan jarak antara atom-atom, sehingga resolusi SEM tidak cukup tinggi untuk individu atom gambar, seperti yang mungkin di panjang gelombang lebih pendek (yaitu energi yang lebih tinggi) transmisi elektron mikroskop (TEM) .
SEM telah kompensasi keuntungan, meskipun, termasuk kemampuan untuk gambar area yang relatif besar spesimen, kemampuan untuk bahan curah gambar (bukan hanya film tipis atau foil), dan berbagai mode analitis tersedia untuk mengukur komposisi dan sifat spesimen. Tergantung pada instrumen, resolusi dapat jatuh di suatu tempat antara kurang dari 1 nm dan 20 nm. Pada tahun 2009, SEM tertinggi di dunia pada energi balok resolusi tinggi (0,4 nm pada 30 kV) diperoleh dengan Hitachi S-5500. Pada balok energi rendah, resolusi terbaik (dengan 2009) dicapai oleh sistem Magellan dari FEI Perusahaan (0,9 nm pada 1 kV).
K. 3D di SEM
data 3D dapat diukur dalam SEM dengan metode yang berbeda seperti:
• fotogrametri (2 atau 3 gambar dari spesimen miring)
• fotometrik stereo (gunakan dari 4 gambar dari detektor BSE)
• rekonstruksi invers menggunakan bahan interaktif model-elektron
aplikasi yang memungkinkan adalah kekasaran pengukuran, pengukuran dimensi fraktal, pengukuran korosi dan pengukuran tinggi langkah.

This entry was posted in Makalah Fisika. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s