I. système optique électronique: au cœur de la mise au point et du balayage
L'optique électronique est l'élément central du miroir électrique à balayage (SEM) qui produit, accélère, focalise et contrôle le balayage du faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon. Ses composants de base comprennent:
Canon à électrons: en tant que source d'électrons, les électrons libres sont générés par émission de chaleur ou de champ. Les pistolets électroniques à émission de chaleur (tels que les filaments de tungstène) sont peu coûteux mais ont une résolution limitée; Les canons à électrons à émission de champ (tels que l'hexaborure de lanthane ou l'émission en champ froid) ont une luminosité élevée, une petite tache de faisceau et une résolution allant jusqu'à 1 nm, ce qui convient à l'imagerie de haute précision.
Lentille électromagnétique: focalisation et accélération d'un faisceau d'électrons par un champ électromagnétique. Une lentille électromagnétique à deux étages converge le faisceau d'électrons en une tache de faisceau de quelques nanomètres de diamètre, assurant une imagerie haute résolution.
Bobine de balayage: contrôle du faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon pour effectuer un balayage raster, synchroniser la position du faisceau d'électrons de l'écran fluorescent du tube de visualisation, réaliser la correspondance point par point des caractéristiques de la surface de l'échantillon avec l'image.
II. Principe de détection du signal: acquisition d'informations multidimensionnelles
Lorsque le faisceau d'électrons interagit avec l'échantillon, plusieurs signaux sont excités et le détecteur réalise une analyse de la topographie et de la composition de l'échantillon en capturant ces signaux:
Electrons secondaires (se): les électrons incidents excitent les électrons de la couche externe de l'atome de l'échantillon qui s'échappent, à faible énergie (0 - 50 EV), provenant uniquement de la surface à une profondeur de 5 - 10 nm, et sont très sensibles à la topographie de surface pour l'imagerie de surface à haute résolution.
Electrons rétrodiffusés (ESB): les électrons incidents sont réfléchis après diffusion par le noyau de l'échantillon, le rendement augmente avec le numéro atomique, peut montrer la linéarité du numéro atomique pour l'analyse qualitative de la composition.
Rayons X caractéristiques: rayonnement électromagnétique produit lorsque les électrons incidents excitent les transitions électroniques dans la couche interne de l'atome de l'échantillon, l'énergie ou la longueur d'onde étant directement liée à l'espèce de l'élément, la détection quantitative qualitative de l'élément étant obtenue par analyse par spectrométrie d'énergie (eds).
Iii. Synergie des systèmes et mécanismes d’imagerie
Lorsque le faisceau d'électrons est balayé sur la surface de l'échantillon, le détecteur capture le signal de manière synchrone et le convertit en un signal électrique qui, après amplification, module la luminosité de l'écran fluorescent du tube de visualisation pour former une image qui correspond une à une aux caractéristiques de la surface de l'échantillon. Le SEM par émission de champ améliore encore la résolution et la stabilité grâce à une source d'électrons à haute luminosité et à un système de vide optimisé, adapté à l'analyse microstructurale de surface de plusieurs matériaux tels que les semi - conducteurs, les métaux, les minéraux géologiques et autres.