Scanning Electron Microscopy (SEM)

SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)

A. Sejarah SEM

SEM pertama kali diperkenalkan di Jerman (1935) oleh M. Knoll.Konsep standar

dari SEM modern dibangun oleh von Ardenne pada tahun 1938 yang ditambahkan scan

kumparan ke mikroskop elektron transmisi.Desain SEM dimodifikasi oleh Zworykinpada

tahun 1942 ketika bekerja untuk RCA Laboratories di Amerika Serikat.Desain kembali

direkayasa oleh CW pada tahun 1948 seorang profesor di Universitas Cambridge.Sejak

itu,semakin banyak bermunculan kontribusi signifikan yang mengoptimalkan

perkembangan modern mikroskop elektron.

B. Pengertian SEM(Scanning Electron Microscopy)

SEM adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas

elektron untuk menggambar profil permukaan benda.

SEM memiliki resolusi yang lebih tinggi dari pada mikroskop optik. Hal ini

disebabkan oleh panjang gelombang de Broglie yang dimiliki elektron lebih pendek

daripada gelombang optik. Makin kecil panjang gelombang yang digunakan maka makin

tinggi resolusi mikroskop. Panjang gelombang de Broglie elektron adalah λ=h/p, dengan

h konstanta Planck dan p adalah elektron. Momentum elektron dapat ditentukan dari

energi kinetik melalui hubungan K=p2/2m, dengan K energi kinetik elektron dan m adalah

massanya.

Dalam SEM berkas elektron keluar dari filamen panas lalu dipercepat pada

potensial tinggi V. Akibat percepatan tersebut, akhirnya elekton memiliki energy kinetik

K=eV. Dengan demikian kita dapat menulis momentum electron sebagai p= ,

dan panjang gelombang de Brogile λ= h/ ,. Umumnya tegangan yang

digunakanalah puluhan kilovolt. Sebagai ilutrasi, misalkan SEM dioperasikan pada

tegangan 20 kV maka panjang gelombang de Broglie elektron sekitar 9 × 10-12 m.

SEM (Scanning Electron Microscope) adalah salah satu jenis mikroskop electron yang

menggunakan berkas electron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material

yang dianalisis.

C. Prinsip Kerja SEM

Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas

elektron bernergi tinggi.Permukaan benda yang dikenai berkas akan memantulkan

kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder ke segala arah. Tetapi ada

satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Detektor di dalam SEM

mendeteksi elektron yang dipantulkan dan menentukan lokasi berkas yang dipantulkan

dengan intensitas tertinggi. Arah tersebut memberi informasi profil permukaan benda

seperti seberapa landai dan ke mana arah kemiringan.

Pada saat dilakukan pengamatan, lokasi permukaan benda yang ditembak dengan

berkas elektron di-scan ke seluruh area daerah pengamatan. Kita dapat membatasi lokasi

pengamatan dengan melakukan zoon-in atau zoom-out. Berdasarkan arah pantulan berkas

pada berbagai titik pengamatan maka profil permukan benda dapat dibangun

menggunakan program pengolahan gambar yang ada dalam komputer.

Gambar 1 Dalam SEM berkas elektron bernergi tinggi EM memiliki resolusi yang lebih

tinggi mengenai permukaan material. Elektron pantulan dan elektron sekunder

dipancarkan kembali dengan sudut yang bergantung pada profil permukaan material.

Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam adalah permukaan benda

harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder ketika

ditembak dengan berkas elektron. Material yang memiliki sifat demikian adalah logam.

Jika permukaan logam diamati di bawah SEM maka profil permukaan akan tampak

dengan jelas.

Agar profil permukaan bukan logam jelas dengan SEM maka permukaan material

tersebut harus dilapisi dengan logam.Film tipis logam dibuat pada permukaan material

tersebut sehingga dapat memantulkan berkas elektron. Metode pelapisan yang umumnya

dilakukan adalah evaporasi dan sputtering .

Gambar 2 permukaan isolator perlu dilapisi logam agar dapat diamati dengan jelas

dibawah SEM

Pada metode evaporasi, material yang akan diamati permukaanya ditempatkan

dalam satu ruang (chamber) dengan logam pelapis. Ruang tersebut dapat divakumkan dan

logam pelapis dapat dipanaskan hingga mendekati titik leleh. Logam pelapis diletakkan

di atas filamen pemanas. Mula-mula chamber divakumkan yang dikuti dengan

pemanasan logam pelapis. Atom-atom menguap pada permukaan logam. Ketika sampai

pada permukaan material yang memiliki suhu lebih renda, atom-atom logam

terkondensasi dan membetuk lapisan film tipis di permukaan material. Ketebalan lapisan

dapat dikontrol dengan mengatur lama waktu evaporasi. Agar proses ini dapat

berlangsung efesien maka logam pelapis yang digunakan harus yang memiliki titik lebur

rendah. Logam pelapis yang umumnya digunakan adalah emas.

Gambar 3.1 Partikel(3 μm )

Gambar 3.2 Nanotube(1 μm)

Gambar 3.3 Partikel yang terorganisasi(300 nm)

Prinsip kerja sputtering mirip dengan evaporasi. Namun sputtering dapat

berlangsung pada suhu rendah (suhu kamar) Permukaan logam ditembak dengan ion gas

berenergi tinggi sehingga terpental keluar dari permukaan logam dan mengisi ruang di

dalam chamber. Ketika mengenai permukaan sample, atom-atom logam tersebut

memmebtuk fase padat dalam bentuk film tipis. Ketebalan lapisan dikontrol dengan

mengatur lama waktu sputtering. Pada saat pengukuran dengan SEM, lokasi di

permukaan sample tidak boleh terlalu lama dikenai berkas. elektron yang berenergi tinggi

pada berkas dapat mencabut atom-atom di permukaan sample sehingga permukaan

tersebut akan rusak dengan cepat. Film tipis di permukaan sample akan menguap dan

kembali menjadi isolator. Akhirnya bayangan yang terekam tiba-tiba menjadi hitam.

D. Gambar Instrumen SEM

E. Keunggulan dan Kekurangan SEM

Keunggulan

Daya pisah tinggi

Dapat ditinjau dari jalannya berkas media, SEM dapat digolongkan dengan optik

metalurgi prinsip refleksi, yang diarti sebagai permukaan spesimen yang

memantulkan berkas media.

Menampilkan data permukaan spesimen

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis

permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau

lapisan yang tebalnya sekitar 20 mikro meter dari permukaan. Sinyal lain yang

penting adalah back scattered elektron yang intensitasnya bergantung pada nomor

atom, yang unsurnya menyatakn permukaan spesimen. Dengan cara ini diperoleh

gambar yang menyatakan perbedaan unsur kimia yang lebih tinggi pada nomor

atomnya. Kemampuannya yang beragam membuat SEM popular dan luas

penggunaannya, tidak hanya dibidang material melainkn juga dibidang biologi,

pertanian, kedokteran, elektronika, mikroelektronika dan lain-lain.

Kemudahan penyiapan sampel

Spesimen untuk SEM dapat berupa material yang cukup tebal, oleh karena

itu penyiapannya sangat mudah. Untuk pemeriksaan permukaan patahan (fraktografi),

permukaan diusahakan tetap seperti apa adanya, namun bersih dari kotoran, misalnya

debu dan minyak. Permukaan spesimen harus bersifat konduktif. Oleh karena itu

permukaan spesimen harus bersih dari kotoran dan tidak terkontaminasi oleh

keringat.

Ukuran sample yang relatif besar Rentang perbesaran yang luas: 3X -150,000X

Kekurangan

Dibanding TEM resolusinya lebih rendah Digunakan vakum Hanya permukaan yang teramati Diperlukan coating dg Au

Membrane Sic (Perbesaran 50 X)

Membrane Sic (Perbesaran 200 X)

Ceramic Foam(Perbesaran 20 X)





F. Aplikasi SEM

Proses pembuatan komposit polimer superabsorben dimulai dengan proses

intercalating monomer acrilamida dengan struktur permukaan mineral zeolit alam yang

komponen utamanya silikat. Mineral alam mempunyai struktur pori-pori permukaan yang

dapat dibuka atau diaktifkan sehingga memungkinkan molekul monomer dapat masuk

dalam struktur tersebut. Campuran monomer dengan mineral lokal kemudian diiradiasi

dengan Mesin Berkas Elektron sehingga terjadi polimerisasi simultan seperti ditunjukkan

pada:

Gambar 3. Proses Pembuatan KompositPolimer Superabsorben

Gambar 4 menunjukkan hasil analisisSEM pada sampel komposit superabsorben

poliacrilamida-zeolit.

Documents

Scanning Electron Microscopy (SEM)