Interacción del haz de electrones con la muestra
El microscopio electrónico de barrido (SEM) produce imágenes sondeando la muestra con un haz de electrones enfocado que se escanea a lo largo de un área rectangular de la muestra (escaneo rasterizado).
Existen dos familias de cañones de electrones:
El cañón de emisión de campo (FEG) se utiliza para producir un haz de electrones de menor diámetro, más coherente y hasta tres órdenes de magnitud mayor densidad de corriente o brillo.
| Filamento | T-tungsteno | LaB6 | FEG (Schottky) | FEG frío |
| Tamaño de la fuente | 30-50 μm | 5-50 μm | 15 nm | 3 nm |
| Temperatura (o C) | 1700-2400 | 1500 | 1500 | Ambiente |
| Servicio | Económico | Caro | Caro | Caro |
| Vacío (Torr) | 10-5 | 10-7 | 10-10 | 10-10 |
| Vida | 180.200 | >1000 h | >1 año | >1 año |
| Brillo | 106 | 107 | 108 | 109 |
| Corriente de emisión (μA) | 100-200 | 50 | 50 | 10 |
| Delta E/E | 2.5 eV | 1.5 eV | 1 eV | 0,25 eV |
La energía de los electrones depende del voltaje: 1 Kev a 50 KeV
Corriente (A): Número de electrones /unidad de tiempo
1 ampere = 1 coulomb/s 1 coulomb ~ 6 x10 18 electrones
Por ejemplo, si la corriente medida en la muestra es de unos 10-9 A a 10-12 A, entonces el número de electrones es de unos 6X10 6 a 6X10 9 electrones/seg.
ESEM es una variedad de SEM llamada microscopio electrónico de barrido ambiental. Puede producir imágenes de calidad y resolución suficientes con las muestras húmedas o contenidas en bajo vacío o gas. Esto facilita enormemente la obtención de imágenes de muestras biológicas que son inestables en el alto vacío de los microscopios electrónicos convencionales. La principal desventaja del microscopio electrónico de transmisión es la necesidad de secciones extremadamente delgadas de las muestras, típicamente de unos 100 nanómetros. Los ejemplares biológicos suelen requerir fijaciones químicas, deshidrataciones e incrustaciones en una resina polimérica para estabilizarse lo suficiente y permitir la sección ultrafina. Las secciones de muestras biológicas, polímeros orgánicos y materiales similares pueden requerir un tratamiento especial con etiquetas atómicas pesadas para lograr el contraste de imagen requerido.
ESEM es especialmente útil para materiales no metálicos, sin recubrimiento y biológicos. La presencia de gas, principalmente argón, alrededor de una muestra permite trabajar con presiones superiores a 500 Pa en comparación con las muestras convencionales de SEM bajo vacío de unos 10-3 a 10-4 Pa. Este nivel de vacío permite operar sobre muestras no conductoras sin preparación o muestras hidratadas sin cargarlas.
En un microscopio electrónico de transmisión (TEM), el haz de electrones se acelera mediante un ánodo típicamente a +100 keV (40 a 400 keV) respecto al cátodo, enfocado por lentes electrostáticas y electromagnéticas, y transmitido a través de la muestra que es parcialmente transparente a los electrones y en parte los dispersa fuera del haz. Cuando emerge de la muestra, el haz de electrones transporta información sobre la estructura de la muestra que es magnificada por el sistema de lentes objetivo del microscopio.
La variación espacial en esta información (la "imagen") puede observarse proyectando la imagen de electrones ampliados en una pantalla fluorescente recubierta con un material de fósforo o centelleador como sulfuro de zinc. Alternativamente, la imagen puede grabarse fotográficamente exponiendo una película o placa fotográfica directamente al haz de electrones, o un fósforo de alta resolución puede acoplarse mediante un sistema óptico de lente o una guía de luz de fibra óptica al sensor de una cámara digital. La imagen detectada por la cámara digital puede mostrarse en un monitor o ordenador.
Un microscopio electrónico de transmisión puede alcanzar una resolución superior a 50 pm y aumentos de hasta unos 10.000.000x, mientras que la mayoría de los microscopios ópticos están limitados por difracción a unos 200 nm y aumentos útiles por debajo de 2000x. Generalmente, la resolución de imagen de un SEM es al menos un orden de magnitud inferior a la de un TEM. Sin embargo, dado que la imagen SEM depende de procesos superficiales en lugar de transmisión, puede capturar muestras de hasta varios centímetros de tamaño y (dependiendo del diseño y configuración del instrumento) tiene una gran profundidad de campo, por lo que puede producir imágenes que representan bien la forma tridimensional de la muestra.
El microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM) distribuye una sonda incidente enfocada sobre una muestra que (al igual que el TEM) ha sido adelgazada para facilitar la detección de electrones dispersos a través de la muestra. Por tanto, la alta resolución del TEM es posible en STEM. La acción de enfoque (y las aberraciones) ocurre antes de que los electrones impacten la muestra en el STEM, pero después en el TEM.
El haz de iones enfocado, también conocido como FIB, es una técnica utilizada especialmente en la industria de semiconductores, la ciencia de materiales y, cada vez más, en el campo biológico para el análisis específico del sitio, la deposición y la ablación de materiales. Un sistema FIB es un instrumento científico que se asemeja a un microscopio electrónico de barrido (SEM). Sin embargo, mientras que el SEM utiliza un haz de electrones enfocado para obtener imágenes de la muestra en la cámara, un sistema FIB utiliza un haz de iones enfocado en su lugar. A diferencia de un microscopio electrónico, la FIB es inherentemente destructiva para la muestra.
Cuando los iones de galio de alta energía impactan en la muestra, expulsan átomos desde la superficie. Los átomos de galio también se implantarán en los primeros nanómetros de la superficie, y la superficie se hará amorfa. Un FIB-SEM consiste en un sistema con columnas de haz de electrones e iones, que permite investigar la misma característica utilizando cualquiera de los haces. Un sistema FIB-SEM utiliza un haz de ion Ga+ para fresar la superficie y localizar una característica o defecto de interés. El SEM integrado utiliza entonces un haz enfocado de electrones para obtener imágenes de la muestra en la cámara.
