SEM&TEM - 주사전자현미경 & 투과전자현미경

소개글

SEM&TEM - 주사전자현미경 & 투과전자현미경에 대한 보고서 자료입니다.

목차

□ 실험목적
□ 실험원리
● 광학현미경(LM, Light Microscope)
● 전자현미경 (EM, Electron Microscope)
● 원자현미경(AFM, Atomic Force Microscope)
● 전자현미경의 발전역사
● 기본 원리
● TEM과 SEM의 원리
● 주사전자현미경(SEM)
● 주사전자현미경(SEM)의 구성
● SEM의 분해능(resolution)
● SEM의 영상의 종류
● SEM의 배율과 초점심도
● 전자빔과 시편과의 상호작용
● 투과전자현미경(Transmision Electron Microscopy)
● 광학현미경과 전자현미경의 illumination system의 비교
● 명시야상 (Bright-Field Image)
● 암시야상 (Dark-Field Image)
● 회절패턴 (Diffraction pattern)
● 시편 제작 방법
□ 참고 문헌

본문내용

빠르게 선택할 수 있도록 고안되어 있다. 형광판 아래에는 카메라가 위치하여 영상은 음화로 기록된다. 음화를 현상, 인화하여 사진으로 만들어 분석하거나 보관한다. 따라서 암실에서의 사진작업도 TEM작업의 일부로 간주된다. 최근에는 TV 카메라나 CCD 디지탈 카메라를 부착하여 영상의 관찰과 영상처리가 암실 없이도 처리할 수 있어 크게 편리해지고 있는 추세이다.
TEM은 여러 개의 서로 다른 system을 합쳐서 극히 얇은 시편의 위치 및 방향을 조절하고 영상을 형성하는 1개의 기능을 수행하도록 구성되어 있다. Illuminating system은 전자총(electron gun)과 집광렌즈(condenser lenses)로 구성되어 시편에 입사되는 전자빔의 양을 조절하고 specimen manipulation system 은 specimen stage와 specimen holders로 구성 되여 얇은 시편의 방향을 조절한다. Imaging system은 objective, intermediate, projector lenses들로 구성되어 있는데 이들은 스크린이나 카메라에 영상을 형성하고 초점을 맞추거나 배율을 조절하는 기능을 수행한다. Vacuum system은 전자현미경내에서 전자빔의 진행을 방해하는 공기속의 분자들을 제거한다.
광학현미경과 전자현미경의 illumination system의 비교
광학현미경에서는 Koeler illumination을 이용하는데 대물조리개(objective aperture)에 의한 효과를 보상하고 광학현미경 자체렌즈의 광학적 보정을 최대화하기 위하여 관찰 도중 계속하여 광원의 밝기를 조절할 필요가 있다. 이는 광학현미경에서는 condenser의 위치를 관찰자가 마음대로 바꿀 수 없어서 관찰조건에 따라 계속 illumination condition을 바꾸어 주어야 한다.
전자현미경은 critical illumination을 사용하는데 집광렌즈(condenser lens)가 광원의 image를 시편 면에 초점을 맞추어서 최대의 밝기를 얻게끔 해준다. 밝기는 집광렌즈에 의해서 조절되며 광원의 밝기는 항상 일정하게 유지할 수 있다.
Illumination system자체는 기본적으로 큰 진공관으로 생각할 수 있다.
즉, illumination은 self bias된 전자총으로서 필라멘트와 Wehnelt shield로 구성되어 있다. 필라멘트는 작은 전류에 의해서 가열되어서 열전자를 방출하고, 25kV-400kV의 전압이 걸려있는 cathode에 의해서 이동하게 된다. 전자현미경의 나머지 부품들은 접지되어서 0volt의 전위에 놓여있고 전자현미경 operator는 필라멘트와 bias resistor의 전류를 조작하게끔 되어 있다.
필라멘트를 가열시키는 emission control knob를 돌려서 열전자 구름(thermionic electron cloud)를 형성하면, 모든 전자들은 bias shield를 제외한 접지된 anode를 향해 돌진하게 되고 shield에 부딪힌 잉여의 전자들은 shield를 더욱 (-)의 전위를 가지게 되어 더 이상의 전자들이 방출되는 것을 방지한다. 이와 같이 전자방출을 조절하는 방식을 self-biasing이라 부르고, 전자 방출량은 bias resistor에 의해서 조절된다.
만일 회로에 저항(resistor)이 없으면 전자들은 cathode에서 방해받지 않고 무한정 방출될 것이고, 또 무한대의 저항을 가지면 shield에 계속 surface charge가 쌓여 궁극적으로 전혀 전자방출을 하지 못하게 만든다. 필라멘트와 shield 사이에 평형이 이루어지도록 필라멘트가 가열될 때, 이를 포화점이라고 부르고 bias setting 조건에 따라 포화점이 변화한다. 일단 포화점에 이르면 필라멘트가 더 가열되더라도 전자빔의 전류량은 증가하지 않고 일정하게 된다. 따라서 전자빔을 더 밝게 만들기 위하여 포화점 이상으로 필라멘트를 가열한다고 하더라도 전자빔의 양(열전자의 수, 즉 전류량)은 증가하지 않으므로 과포화 시킬 필요가 없고, 오히려 과포화 시키면 필라멘트의 수명만 단축시키게 된다. 전자빔의 밝기(즉, beam current)는 bias knob으로 조절되며 적당한 beam current는 약 10 micro amps 정도이다.
명시야상 (Bright-Field Image)
명시야상은 TEM 관찰시 주로 많이 이용하는 방법으로서 대개 이미지가 밝기 때문에 명시야상이라고 불리 운다. 전자빔이 시편에 충돌하면 일부 전자들은 시편과의 상호간섭에 의하여 산란되어 광축(optic axis)으로부터 벗어나게 된다. 이러한 산란된 전자들을 10㎛∼100㎛ 크기의 aperture에 의해서 차단되고 광축에 가까운 투과된 전자빔만으로 image를 형성할 때 명시야상을 얻는다.
아래의 왼쪽 그림에서 파란색의 시편을 통과한 초록색의 입사빔은 진행방향이 바뀌지 않은 초록색의 transmitted beam과 진행방향이 굴절된 회절빔(밝은색)으로 나뉘고 오른쪽 그림의 objective aperture에 의해 투과된 전자빔만으로 image를 형성한다. 명시야상의 contrast는 시편에서 산란된 량에 의하여 결정되고 따라서 많은 전자들이 산란될수록 image는 어둡게 된다.
암시야상 (Dark-Field Image)
암시야상은 회절패턴이 형성되는 높이에 위치한 objective aperture를 이용하여 투과된 전자빔을 차단하고 회절 된 전자빔을 이용하여 이미지를 형성하는 방법으로서 반드시 그런 것은 아니지만 대개 image가 어둡게 나타난다. 다음 그림은 molybdenum-oxide crystals를 명시야상과 암시야상으로 촬영한 것인데, 암시야상에서는 결정의 contrast가 명시야상과 다른 것을 볼 수 있는데, 이는 결정이 굽어져 있고 따라서 입사 전자빔에 대한 결정면의 방향이 달라서 회절에 영향을 주고 최종적으로는 암시야상의 contrast에 차이를 가져온 것이다.
암시야상은 명시야상에서는 상세하게 보기 어려운 구조적 특징들의 contrast가 훨씬 선명하게 나타난다.
예를 들면 Al-Cu합금조직에서 거의 모든 입자들이

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SEM,   TEM,   Scanning Electron MIcroscopy,   Transmission Electron Microscopy,   주사전자현미경,   투과전자현미경