‫‪TESCAN‬‬ ‫מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ‪www.PicoTech.co.il SEM‬‬ ‫‪1‬‬ ‫מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ‪ SEM‬בתעשייה‬ ‫בהשקעה נמוכה יחסית‪ ,‬חברות יכולות לרכוש לעצמן את היכולת האנליטית של ‪SEM‬‬ ‫מזעורן של מערכות‪ ,‬דרישות טיב חומר משופר‪ ,‬ותחרות‬ ‫הולכת וגוברת‪ ,‬מאלצת את היצרנים בכל המגזרים לשפר‬ ‫את יכולתם לראות בהגדלות שמעבר למיקרוסקופים‬ ‫האופטיים ברשותם‪.‬החדשות הטובות הן שמחירם של‬ ‫המיקרוסקופים האלקטרונים הנדרשים לשם כך מפתיעים‬ ‫לטובה‪.‬‬ ‫עד לפני מספר שנים היה המיקרוסקופ האלקטרונים הסורק‬ ‫( ‪(Scanning Electron Microscope - SEM‬‬ ‫מכשיר אשר ניתן למוצאו רק במכוני מחקר ואוניברסיטאות‬ ‫יוקרתיות‪ .‬ה‪ SEM-‬נחשב מכשיר יקר ומסובך‪ ,‬בעל דרישות‬ ‫אחזקה גבוהות ביותר‪ ,‬והדורש מיומנות משתמש גבוהה‬ ‫מאוד על מנת להפיק ולהבין את המידע המוצג‪.‬‬ ‫הפעלת ה‪ SEM-‬בתעשייה הופכת היום לדבר שבשגרה‬ ‫מיומנויות‬ ‫דורשת‬ ‫ואינה‬ ‫מיוחדות‪.‬דרישות התשתית עבור‬ ‫‪ SEM‬הופשטו אף הן באופן‬ ‫משמעותי‪ .‬כיום‪ ,‬על מנת שחברה‬ ‫תוכל להפעיל אצלה ‪ SEM‬היא‬ ‫צריכה רק שיהיה לה שקע חשמל רגיל של ‪ 220V‬ובלון‬ ‫חנקן יבש (לצורך החזרת תא הבדיקה ללחץ אטמוספרי)‪.‬‬ ‫כבר אין צורך לרכוש חנקן נוזלי ולבנות מערך תשתיות‬ ‫להזרמת מים מקוררים כפי שהיה צריך בעבר‪ .‬כיום כל‬ ‫חברה‪ ,‬עם מאמץ מינימאלי‪ ,‬יכולה לרכוש לעצמה את‬ ‫היכולת האנליטית של ‪ .SEM‬במיקרוסקופים אופטיים‪,‬‬ ‫טווחי ההגדלות הינן מ‪ x2-‬ועד ‪ x1000‬לכל היותר‪ .‬כמו כן‪,‬‬ ‫טווחי ההגדלה בכל תחום אינו רציף‪ ,‬וסביר להניח כי יהיה‬ ‫צורך להחליף עדשות ואף מיקרוסקופ בכדי לכסות את כל‬ ‫טווח ההגדלות‪ .‬כיום הרזולוציה של המיקרוסקופים‬ ‫האלקטרונים לתעשייה נותנים מענה מלא לצרכים של רוב‬ ‫התעשייה‪ ,‬ובמחיר שמתחיל ממחירו של מיקרוסקופ אופטי‬ ‫משוכלל‪ .‬קיימות חברות ‪ SEM‬שאף מציעות מיקרוסקופים‬ ‫ייעודיים לתעשייה במחירים נוחים‪ ,‬כגון ‪ TESCAN‬הצ'כית‪.‬‬ ‫במיקרוסקופים של ‪ TESCAN‬למשל‪ ,‬ניתן להגיע להגדלות‬ ‫גבוהות ללא כל מאמץ‪ .‬למעשה טווח ההגדלות‬ ‫במיקרוסקופים אלו הינו ‪ x2‬ועד ‪ x100,000‬ויותר‪ ,‬באופן‬ ‫רציף לחלוטין‪ ,‬באותו המיקרוסקופ‪ ,‬וללא צורך בשינוי מכני‬ ‫זה או אחר במיקרוסקופ‪.‬‬ ‫השימושים של ה‪ SEM-‬בתעשייה‬ ‫לאור התקדמות הטכנולוגיה בשנים‬ ‫האחרונות‪ ,‬גדל הצורך בבדיקות‬ ‫מדויקות ואמינות יותר בתעשייה‪ .‬כך‬ ‫הפך מיקרוסקופ האלקטרונים לכלי‬ ‫סטנדרטי לצורכי ביצוע מחקר ובקרת‬ ‫איכות‪ .‬השימוש ב‪ SEM-‬היום כבר אינו מוגבל רק‬ ‫לתעשיית המיקרואלקטרוניקה וננוטכנולוגיה כפי שהיה‬ ‫בעבר‪ .‬כיום חברות יצרניות בכל התחומים משתמשות‬ ‫במיקרוסקופ ‪ SEM‬לצורכי מחקר ובקרת איכות‪ .‬תעשיות‬ ‫רבות ומגוונות שבהן השימוש ב‪ SEM-‬אינו מובן מאליו‬ ‫נוספו גם הן למשפחת המשתמשים‪.‬‬ ‫בתעשיית המתכות לדוגמא נעשה שימוש רב במיקרוסקופ‬ ‫‪ SEM‬לצורכי בקרת איכות וניתוח כשל‪ .‬בעקבות היכולת‬ ‫לבדוק יחסי ריכוז חומרים שונים‪ ,‬ניתן לבדוק איכות ועומק‬ ‫של ציפויים הגנתיים עבור כלים העוברים שחיקה‪.‬כמו כן‪,‬‬ ‫הרזולוציה הגבוהה של המכשירים מאפשרת גם לבדוק את‬ ‫חספוס המוצרים‪.‬‬ ‫בעקבות עומק הפוקוס הגבוה של ה‪ SEM-‬ניתן אף‬ ‫להתבונן בסדקים ושריטות עמוקות באופן יעיל יותר‪,‬‬ ‫ולהפיק מידע רב יותר אודות התנהגות המתכות‪.‬‬ ‫חברות בתעשיית החומרים משתמשים במיקרוסקופ‬ ‫האלקטרונים על מנת לחקור כשלים של החומרים‪( ,‬בטון‬ ‫למשל)‪ ,‬כמו כן לפתח סוגים חדשים יחסי חומרים שונים‪,‬‬ ‫על מנת להגיע לחומרים חזקים ויציבים יותר‪ ,‬וכמובן זולים‪.‬‬ ‫‪TESCAN‬‬ ‫תעשיית הביוטכנולוגיה והרפואה רואה במיקרוסקופ‬ ‫האלקטרונים כלי בלתי נפרד מתהליך בקרת האיכות של‬ ‫מוצריהם‪ .‬אצל חברות רבות בארץ יש חשיבות רבה לצורה‬ ‫ופני השטח הסופיים של המוצרים‪ .‬לפיכך נעשה שימוש רב‬ ‫במיקרוסקופים אלקטרוניים לצורכי ייצוב תהליך הייצור וכן‬ ‫פיתוח מוצרים חדשים‪.‬‬ ‫הפקת התמונות נוצרת על ידי זיהוי אותות הנפלטים מפני‬ ‫השטח עקב פגיעת אלומת האלקטרונים‪ .‬הפליטות‬ ‫העיקריות בהן נעשה שימוש ב‪ SEM-‬הינם האלקטרונים‬ ‫השניוניים )‪ ,(Secondary Electron - SE‬אלקטרונים‬ ‫המוחזרים )‪,(Backscattered Electrons - BSE‬‬ ‫ופליטות קרני ה‪.(X-ray) X-‬‬ ‫‪:Secondary Electron – SE‬‬ ‫כתוצאה בפיזור אנ‪-‬אלסטי של האלקטרונים הפוגעים‬ ‫בדגם‪ ,‬נפלטים אלקטרונים בעלי כמות האנרגיה קטנה‬ ‫‪ )~10 – 50eV‬הנקראים אלקטרונים שניוניים‪ .‬בעקבות‬ ‫האנרגיה הנמוכה של אלקטרוני ה‪ ,SE-‬רק אלו הנפלטים‬ ‫ממשע"י ספירת כמות ה‪ SE-‬הנפלטים בכל נקודה בדגם‪,‬‬ ‫ניתן לקבל תמונה ברזולוציה מאוד גבוהה של הדגם‪ ,‬הכולל‬ ‫גם מידע אודות הטופוגרפיה‪.‬‬ ‫מה זה מיקרוסקופ אלקטרונים סורק?‬ ‫מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ‪www.PicoTech.co.il SEM‬‬ ‫המיקרוסקופ אלקטרונים הסורק יוצר קרן אלקטרונים‬ ‫בעמודה שנמצאת מעל לתא הדגם‪ .‬אלקטרונים אלו נוצרים‬ ‫ע"י מקור פליטה תרמי כגון פילמנט טונגסטן או ‪Field‬‬ ‫‪ .Emission Cathode‬מתח ההאצה של האלקטרונים‬ ‫יכול להיות החל מ‪ 100eV-‬ועד ‪ 30KeV‬ואף יותר‪,‬‬ ‫בהתאם לדגם ותנאי הבדיקה‪.‬‬ ‫האלקטרונים ממוקדים ע"י סדרה של עדשות‬ ‫אלקטרומגנטיות בעמודה‪ ,‬וסלילי סריקה באזור התחתון של‬ ‫העמודה מכוונים ומזיזים את הקרן על הדגם לפי הצורך‪.‬‬ ‫אלומת האלקטרונים סורקת את הדגימה שורה אחר שורה‬ ‫(סריקת ראסטר) בכדי ליצור תמונה של הדגם‪.‬‬ ‫‪:Backscattered Electron – BSE‬‬ ‫חלק מהאלקטרונים הפוגעים בדגם מוסטים מנתיבים‬ ‫השדה האלקטרומגנטי של האטומים‪ .‬אם מידת הסטייה‬ ‫גדולה מ‪ ,081°-‬יתכן כי אלקטרון זה יפלט חזרה מפני‬ ‫השטח של הדגם‪ .‬אלקטרונים אלו הנפלטים חזרה נקראים‬ ‫אלקטרונים מוחזרים או ‪.Backscattered Electrons‬‬ ‫אלקטרונים אלו בעלי אנרגיה גבוהה מ‪ ,SE-‬ולפיכך גם‬ ‫מגיעים מעומק גדול יותר מתוך הדגם‪ .‬לפיכך הרזולוציה‬ ‫המכסימלית שניתן להפיק מ‪ BSE-‬בד"כ נמוכה מזו שניתן‬ ‫להפיק מ‪.SE-‬‬ ‫אם זאת מידת ההחזרה של אלקטרונים אלו מושפע‬ ‫מהמספר האטומי )‪ (Z‬של הדגם‪ ,‬ולפיכך ניתן להבדיל בין‬ ‫חומרים קלים וכבדים וצורה טובה יותר ע"י ‪ BSE‬מאשר‬ ‫‪.SE‬‬ ‫האותות השונים שנפלטו מפני הדגימה נקלטים על ידי‬ ‫הגלאים הרלוונטיים הנמצאים בתוך תא המיקרוסקופ‪.‬‬ ‫התמונה הסופית נבנית ממספר האותות הנקלטים בכל‬ ‫נקודה על הדגימה‪.‬יתרונות מיקרוסקופ האלקטרונים על פני‬ ‫המיקרוסקופ האופטי‪ :‬רזולוציה – היתרון הגדול הבולט‬ ‫ביותר של ה‪ SEM-‬על המיקרוסקופ האופטי הוא יתרון‬ ‫ההפרדה (רזולוציה)‪ .‬המיקרוסקופ האופטי מוגבל‬ ‫ברזולוציה עפ"י אורך הגל של קרני האור‪ .‬לפיכך הרזולוציה‬ ‫מוגבלת בד"כ להגדלות של ‪ ,x1000-x2000‬כלומר‬ ‫יכולת הפרדה בעצמים הקטנים במעט ממיקרון (אלפית‬ ‫המילימטר)‪.‬מיקרוסקופ ה‪ SEM-‬תלוי באורך גל השל‬ ‫האלקטרונים וביכולת מרכוז הקרן‪ ,‬כך שניתן להגיע‬ ‫לרזולוציות של אף פחות מננוטמטר (מליונית המילימטר)‬ ‫‪2‬‬ ‫‪‬‬ ‫עומק פוקוס – בזמן שבמיקרוסקופ אופטי עומק‬ ‫הפוקוס הוא מאוד קטן בהגדלות גדולות‪ ,‬במיקרוסקופ‬ ‫האלקטרונים עומק הפוקוס גדול בסדרי גודל‪ ,‬גם‬ ‫ברזולוציות ננו מטריות‪.‬‬ ‫‪ WDS‬המערכת מחפשת אורך גל בודד של ‪ X-Ray‬בכל‬ ‫סריקה‪ ,‬ובכך מסוגלת לבצע את המדידות בצורה מדויקת‬ ‫יותר‪ ,‬אך איטית יותר בהרבה כאשר מחפשים טווח אורכי‬ ‫גל רחב‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫יכולת איסוף מידע רב מהדגם ‪ -‬במיקרוסקופ אופטי‬ ‫ניתן לראות רק תמונה של הדגם‪ .‬לא ניתן להפיק מידע‬ ‫נוסף אודות הדגם‪ ,‬מה שניתן לעשות במיקרוסקופ‬ ‫האלקטרונים‪.‬‬ ‫בזמן צפייה בתמונת ‪ ,SEM‬מופקים אותות רבים‬ ‫מהדגם‪ ,‬כאשר בעזרת גלאים מתאימים ניתן לפרש‬ ‫למידע שימושי על הדגם‪:‬‬ ‫)‪Cathodoluminescence (CL‬‬ ‫‪Energy Dispersive Spectrometer - EDS‬‬ ‫‪TESCAN‬‬ ‫מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ‪www.PicoTech.co.il SEM‬‬ ‫‪3‬‬ ‫האלקטרונים הפוגעים באטומים עלולים לגרום לפליטה של‬ ‫קרני ‪ .X -‬האנרגיה של קרני ה‪ X-‬תהיה ייחודית עבור סוג‬ ‫חומר בהתאם לרמה האנרגית ממנה נפלטה הקרן‪ .‬ע"י‬ ‫גלאי ‪ EDS‬ניתן לאסוף קרניים אלו וע"י בדיקת האנרגיה‬ ‫שלהם‪ ,‬ניתן בצורה מדויקת ויעילה לגלות את הרכב החומר‬ ‫ממנו עשוי הדגם‪.‬‬ ‫‪:Wavelength dispersive spectrometer WDS‬‬ ‫שיטה הדומה ל‪ .EDS-‬בשונה משיטת ה‪ ,EDS-‬בשיטת ה‪-‬‬ ‫האלקטרונים הפוגעים בחומר נהורני (פולט אור) גורמים‬ ‫לחומר לפלוט אור נראה‪ .‬בעזרת גלאי ‪ CL‬ניתן לאסוף‬ ‫פוטונים אלו ולקבל מידע רב אודות הדגם‪.‬‬ ‫לסיכום‬ ‫בניגוד לעבר‪ ,‬מיקרוסקופי ה ‪ SEM‬משמשים כיום כלי בלתי‬ ‫נפרד מתהליך בקרת האיכות והתכנון של מוצרים רבים‬ ‫ותחומים שונים בתעשייה‪.‬‬ ‫הירידה הניכרת במחיריהם בשנים האחרונות הופכת אותם‬ ‫זמינים יותר גם עבור התעשייה‪.‬‬ ‫לפרטים נוספים נא צרו קשר עם חברת ‪ PicoTech‬בטלפון‬ ‫‪10-5035531‬‬ ‫‪www.PicoTech.co.il‬‬