Le cœur de l'imagerie des miroirs électriques à balayage (MEB) réside dans le « dialogue» dynamique du faisceau d'électrons avec l'échantillon, un processus réalisé par l'interaction électron - matière qui transforme finalement la Microtopographie en une image visuelle.
Génération et focalisation de faisceaux d'électrons
Un canon à électrons est la source d'un faisceau d'électrons dont le type influe directement sur la qualité de l'imagerie. Le canon à électrons à émission thermique produit des électrons en chauffant le fil de tungstène, tandis que le canon à électrons à émission de champ utilise un champ électrique intense pour extraire directement les électrons du métal, ce qui peut former des taches de faisceau ultra - fines de seulement 0,4 à 2 nanomètres de diamètre, ce qui rend la Résolution proche de l'échelle atomique. Après la focalisation du faisceau d'électrons par une lentille électromagnétique à deux étages, un point de balayage à l'échelle nanométrique est formé sur la surface de l'échantillon, la tension d'accélération (0,1 - 30 kV) détermine l'énergie électronique, la haute tension peut pénétrer dans un échantillon plus épais, la basse tension améliore la sensibilité de la surface.
Mécanisme de « Dialogue » entre l’électronique et l’échantillon
Lorsque le faisceau d'électrons bombarde la surface de l'échantillon, deux types d'interactions clés se produisent:
Diffusion élastique: les électrons changent de direction mais perdent très peu d'énergie après une collision avec le noyau, produisant des électrons rétrodiffusés (ESB). Son rendement est positivement corrélé au numéro atomique, de sorte que l'image de l'ESB peut refléter la distribution des composants de l'échantillon, tels que l'état de dispersion des particules métalliques dans une matrice polymère.
Diffusion inélastique: la collision d'un électron avec un électron de la couche externe de l'atome entraîne une perte d'énergie qui excite les électrons secondaires (se) et les rayons X caractéristiques. L'énergie de se est extrêmement basse (1 - 15ev), seulement 5 - 10nm de la couche superficielle de l'échantillon, et est le signal central pour l'imagerie topographique de surface; Les rayons X caractéristiques transportent des informations sur les caractéristiques des éléments, ce qui permet une analyse quantitative de la composition des microrégions par spectrométrie d'énergie (eds).
Collecte de signaux et reconstruction d'images
Un ensemble de détecteurs configurés au - dessus de l'échantillon capte le signal diffusé en temps réel. Le détecteur se est généralement situé au - dessus du côté de l'échantillon pour maximiser l'efficacité de la collecte; Le détecteur d'ESB est alors monté à un angle plus élevé, renforçant le contraste de composition. La synchronisation par ordinateur contrôle la trajectoire de balayage du faisceau d'électrons avec l'acquisition du signal, convertissant l'intensité du signal à chaque point de balayage en une valeur de niveau de gris qui est finalement Assemblée en une image haute résolution. Par exemple, lors de l'observation d'un matériau d'électrode de batterie au lithium, SEM peut présenter simultanément la topographie de fissure (image se) des particules actives avec la distribution d'agent conducteur (image BSE), fournissant des données bidimensionnelles pour l'analyse de défaillance.
La nécessité d'un environnement sous vide
La Chambre d'échantillon doit maintenir un vide élevé (10⁻³ - 10⁻³ pa) pour éviter l'atténuation du signal causée par la collision du faisceau d'électrons avec les molécules de gaz. Pour les échantillons biologiques aqueux ou les matériaux non conducteurs, des miroirs électriques à balayage environnemental (ESEM) ou des traitements de revêtement (par exemple, pulvérisation d'or, pulvérisation de carbone) sont nécessaires pour équilibrer la qualité du signal avec l'intégrité de l'échantillon.
Imagerie dynamique et extension multimodale
Le SEM moderne a dépassé les limites de l'imagerie statique. Grâce à la table de chauffage / refroidissement in situ, le processus de changement de phase du matériau peut être observé en temps réel; En combinaison avec la diffraction par rétrodiffusion d'électrons (EBSD), les informations d'orientation cristalline peuvent être acquises de manière synchrone; Associé à la spectroscopie Raman, il permet une caractérisation tridimensionnelle de la topographie - Composition - structure. Ces fusions technologiques font du SEM un « œil microscopique» dans les domaines de la science des matériaux, de la biomédecine, etc.