הרצאה בנושא מיקרוסקופ אלקטרוני סורק

מעבדת זרימה ומדידות

הרצאה בנושא מיקרוסקופ הרצאה בנושא מיקרוסקופ אלקטרוני סורקאלקטרוני סורק

:מאת

בוריס פישרמןיגור פקראסקיא זג

2 מעבדת זרימה

ומדידות נושא ההרצאה: מיקרוסקופ אלקטרוני סורקנושא ההרצאה: מיקרוסקופ אלקטרוני סורק

מבואמבוא

יקרוסקופ בשביל מה????מ

אנו צריכים מיקרוסקופ בגלל העניין הרב שיש לנו במבנה החומר וזאת בגלל שיש קשר בין התכונות המכניות והפיזיקליות.

ק בחינה מדויקת של מבנה החומר תאפשר לנו להסביר שינויים רים לשפרן או לחילופין לגלות סיבה כבתכונות המבנה ולמצוא דר

לכישלון.



מבואמבוא

נסקור שני מכשירים נפוצים בבקרה ופיתוח חומרים והם:

אופטי.פ.מיקרוסקו1

. מיקרוסקופ אלקטרוני סורק.2



מיקרוסקופ אופטימיקרוסקופ אופטי

שנה בשימוש המטלורגיה.100נמצא •מתחלק לשני מערכות עיקריות: •

+ מקור האור + עדשות הפריזמות והעדשות להארת הדגם

– בדגם ביולוגי• מעבר האור דרך הדגם )כמו בדיקות דם(

– משתמשיםבדגם מטלוגרפי )מתכות וסגסוגות(• במראה חצי מחזירה המביאה את האור

מן המקור אל הדגם ומאפשרת למתבונן לראות את הדמות המתקבלת.



מיקרוסקופ אופטימיקרוסקופ אופטי

בעיות שמתעוררות:בחירת דגמים – לא ניתן לבחון כל נפח אלא רק חתכים ממנו 1.

מכאן יש צורך במספר דגמים.)בחינת חומר בכמה חתכים בדר"כ ניצב ומקביל – מוט פלדה במשיכה(

ככל שבודקים בהגדלה גדולה מצטמצם האור הנבדק ולכן 2.יש צורך לבחון חומר בהגדלה קטנה יותר המספקת פרטים

זו הסיבה למה אנו צריכים דקים יותר באזור יותר מצומצם. מיקרוסקופ אלקטרוני סורק

קושי בהכנת דגם : יש להישמר לא להכניס שינויים במבנה. 3.בדגם מתכת יש צורך ללטש היטב את פני השטח - מבוצע

ע"י ציוד מיוחד ואבקה של יהלום.



שימוש המיקרוסקופ שימוש המיקרוסקופ האלקטרוניהאלקטרוני

מיקרוסקופ אלקטרוני סורק משמש ככלי עבודה עיקרי ל:– בחינת משטחי שבר לצורך קביעת מנגנון פרקטוגרפיה•

השבר, כיוון פעולתו, סוגי כוחות הפועלים ולעיתים גם את הסיבה לשבר.

– זיהוי יסודות כימיים זרים בתחום הפגיעות בדיקת נג"ז•ברכיב כלשהו ובדגש על להבי מנועים.

– בדיקת הרכב כימי של חומרים / אנליזת הרכב כימי•שבבים.

– אפיון מיקרו מבנה של מתכות ובחינת תופעות מיקרו מבנה•המתרחשות באופן מיקרוסקופי על פני השטח של חומרים

כגון: קורוזיה, פגמים בציפוי וכו'.



מבוא - מיקרוסקופיהמבוא - מיקרוסקופיה

= להסתכל עלskopeo = קטן ו- Mikrosשורש המילה מלטינית:

שאלה :למה אלקטרונים ולא אור????

nmרזולוציה של

אור אלקטרון nm100רזולוציה של 0.1

קטן יותר 100000Xאורך גל פי האלקטרון נע בקווים ישרים, בעל

מהאור וניתן להסיטו ע”י שדות מגנטיים כמו עדשות שמסיטות אור ושר ההפרדה כמכאן ניתן לעבוד עם דגמים לא ישרים )מחוספסים( ו

גדל.



SEMSEMנא להכיר את הדוד נא להכיר את הדוד



ניתן לקבל עומק שדה גדול בהגדלות נמוכות וגדולות.• – 5תחום הגדלות של המיקרוסקופ האלקטרוני נע בין •

1,000,00.אין הגבלה לגודל הדגם הנבדק.•דגם נבדק אינו דורש הכנה מיוחדת.•

תכונות כלליות של המיקרוסקופתכונות כלליות של המיקרוסקופ



מבנה מיקרוסקופ - תותחיםמבנה מיקרוסקופ - תותחים

מקורות אלקטרונים

LaB6LaB6 טונגסטטונגסטןן

FEGFEGבסיסי

חום = פליטה של אלקטרונים

x10 x1000



SEMSEMסוגי מיקרוסקופים סורקים - סוגי מיקרוסקופים סורקים -

חוט להט טונגסטן

מיקרוסקופ בסיסי ביותר בעל טכנולוגיה פשוטה ביותר.

עלות ותחזוקה נמוכים יחסית. יתרון:

(.mm 3-5 רזולוציה נמוכה )חסרון:



חוט להט טונגסטן עם יכולת עבודה בלחץ נמוך

מיקרוסקופ בעל טכנולוגיה מתקדמת.

מקנה שיפור טכנולוגי בעיקר בתחום האל-מתכות. יתרון: מאפשר לבחון חלקים שאינם מוליכים )חומרים

מורכבים(. חלקים מלוכלכים.

חלקים רטובים רזולוציה ובהירות נמוכים.חסרון:




Lab 6מקור אלקטרונים

מיקרוסקופ בעל טכנולוגיה מורכבת יותר.

תוספת בהירות המשפרת את איכות התמונה.יתרון:

עלות גבוהה יותר )לעומת טונגסטן(.חסרון: תחזוקה מסורבלת.




(Filed Emission) מקור אלקטרונים גבישי

מיקרוסקופ בעל הטכנולוגיה המתקדמת ביותר.

יצירת קרן שקוטרה קטן ובהירות גבוהה כך שיכולת יתרון:.(1.5 – 1)הרזולוציה גבוהה

עלות ותחזוקה גבוהים.חסרון:




עמודת המיקרוסקופ ותא הבדיקה מוריקים מאוויר )וואקום(.•

מקור האלקטרונים הוא חוט להט העשוי טונגסטן )מכונה •פילמנט(. מחממים את חוט הלהט בתותח אלקטרונים עד

שיתלהט ואז משחררים ממנו אלקטרונים.

מתח האצה מאיץ את האלקטרונים אל חלל עמדת •המיקרוסקופ. באמצעות צמד עדשות אלקטרומגנטיות מרכזות,

מוקטן קוטרה של הקרן. ככל שיקטן קוטר הקרן – כך ישתפר כושר ההפרדה.

הקרן הדקה של האלקטרונים עוברת בדרכה אל הדגם דרך •סלילי סריקה ולאחריהם דרך עדשה אלקטרומגנטית נוספת.

עיקרון פעולת המיקרוסקופ עיקרון פעולת המיקרוסקופ



האלקטרונים המשניים המשתחררים מפני הדגם נלכדים ומעובדים •במערכת של:

אלקטרונים משניים נמשכים לקולט ע"י יצירת פוטנציאל

פוטנציאל חשמלי חיובי.

10,000 האלקטרונים שנאספו מואצים במתח של – וולט

ופוגעים בנצנץ. נצנץ פולט פוטונים המובלים למכפיל.

זרם הפוטונים נהפך לאלקטרונים )זרם חשמלי(.

התמונה במיקרוסקופ התמונה במיקרוסקופ תתאופן יציראופן יציר

קולט

נצנץ

מכפיל



עוצמת הזרם קובעת את עוצמת ההארה בכל נקודה.•

קרן אלקטרונים מוסטת על פני החלק נקודה אחר נקודה וקו אחרי קו. כך •נוצרת סריקה רצופה בדגם )בדומה לטלוויזיה(.

האלקטרונים שמשתחררים מהדגם הם הקובעים את מידת הבהירות של כל •אור נמוך יראה כהה ואזור גבוהה יראה בהיר.נקודה בקו הנוצר על המסך.

ההגדלה נקבעת עפ"י היחס שבין רוחב השטח הנסרק על פני המסך לבין •רוחב השטח בדגם הנבדק.

קולט האלקטרונים המשניים ממוקם בזווית. דבר זה יוצר אפקטים של אור •וצל בפני השטח. אפקטים אלו מקנים לתמונה תלת ממידיות.

התמונה במיקרוסקופ התמונה במיקרוסקופ תתאופן יציראופן יציר)המשך( )המשך(



מבנה המיקרוסקופ מבנה המיקרוסקופ



מערכות במיקרוסקופמערכות במיקרוסקופ

ואקום



מבנה מיקרוסקופ - גלאיםמבנה מיקרוסקופ - גלאים

CSE

: מקור חיובי מושך CSEשיטת : יינון של גז =< יותר ESDשיטת אלקטרונים

אלקטרונים



אינטראקצית אלקטרון - חומראינטראקצית אלקטרון - חומר



תמונת אלקטרונים מוחזריםתמונת אלקטרונים מוחזרים

Backscatterd Electron Image - )BEI(Backscatterd Electron Image - )BEI(

חזרה • וניתזו האטום בגרעין שפגעו האלקטרונים הם אלו בהתנגשות אלסטית.

בין • המוחזרים האלקטרונים וולט 50אנרגיית אלקטרון לאנרגיית הקרן הפוגעת.

החזר • על ניכרת השפעה הדגם של הכימי להרכב יותר מחזירים כבדים אטומים המכילים אזורים האלקטרונים.

אלקטרונים מאזורים המכילים אטומים קלים.



תמונות אלקטרונים מוחזריםתמונות אלקטרונים מוחזרים

A+B Composition A-B Topography



תמונות אלקטרונים מוחזרים תמונות אלקטרונים מוחזרים )המשך()המשך(

מדחס ממנוע - מראה כללי : חיצים מורים על BEIתמונת עקבות

קדמיום )אזורים בהירים(



תמונת אלקטרונים משנייםתמונת אלקטרונים משניים

Secondary Electron Image Secondary Electron Image - - SEISEI

מפני • אלקטרונים ליציאת גורמת הפוגעת האלקטרונים קרן שטח הדגם בשל התנגשויות אלסטיות בינם לבין האלקטרונים

הפוגעים. אלקטרון וולט.50אנרגיית האלקטרונים המשניים נמוכה מ- •משניים • אלקטרונים יותר לשחרר נוטים גבוהים אזורים

מאזורים נמוכים.



תמונות אלקטרונים מוחזרים / תמונות אלקטרונים מוחזרים / משנייםמשניים

SEISEIתמונת תמונת BEIBEIתמונת תמונת



- מיקרואנליזה - מיקרואנליזה XXקרני קרני

פגיעת אלקטרוני הקרן המפציצה באלקטרונים את הקליפות •הפנימיות של אטומי החומר גורמת ליציאת האלקטרונים

ממקומם )אלקטרונים של אטום(.עם היווצרות מקום פנוי לאלקטרון בקליפה אטומית פנימית, •

הוא יתפס מיד ע"י אלקטרון מקליפה גבוהה יותר של אותו אטום.

מעבר אלקטרון מקליפה לקליפה משחרר כמות אנרגיה, •היחסי למרחק בין קליפות האלקטרונים באטום. אנרגיה זו

. Xאופיינית לכל יסוד ויסוד והיא בעלת אורך גל של קרני כמות יחידות האנרגיה הנ"ל יחסית לריכוז אותו אטום

במטריצה סיפרתם ייתן את ההרכב הכימי של החומר הנבדק.



XXקרני קרני



מה רצינו לבדוק????מה רצינו לבדוק????

להוכיח תקינות מנורת ברקס אחורי!!!!!•

כיצד אפשר לערוך ניסוי למדידת זמן זה???•ואיך נראה סליל הלהט כאשר המנורה "נשרפה"???•

הדרך היחידה היא המיקרוסקופ •האלקטרוני.



מספר תמונות להמחשהמספר תמונות להמחשה

פריך נורה דולקת קרנורה חדשה – שבר משיך חם– שבר

חחםם

קקרר



חחםם

קקרר







סליל מחוספס מעיד על נורה סליל מחוספס מעיד על נורה שהזדקנהשהזדקנה



מחירים / טיפוליםמחירים / טיפולים

עלות מיקרוסקופ אלקטרוני מסתכמת במאות אלפי דולרים. •כמובן שעלות סופית תחושב עפ"י צרכיו של הרוכש. )סוג תותח

אלקטרונים(.

כמו כן יש לקחת בחשבון כי תחזוקת המיקרוסקופ אינה זולה.•:WATAIRPOLLלהלן מספר דוגמאות של חברת אחזקה •

- לשעת עבודה. 32.75$ טיפול שבועי – .14$ החלפת נורה –

לשעת 40$ / מעבד תמונה – X טיפול התותח קרינה עבודה.



אם אין שאלות אז ...אם אין שאלות אז ...

THE END

Documents

הרצאה בנושא מיקרוסקופ אלקטרוני סורק