Dedektörler

3.2.7.1 Sinyal Algılama İlkesi

Taramalı elektron mikroskobunda görüntü elde etmek için en sık kullanılan ve birbiriyle etkileşim hâlinde olan öğeler ikincil elektronlar (SE’ler) ve geri saçılan elektronlardır (BSE’ler).

Birincil Elektronlar Birincil Elektronlar (PE’ler), numuneye çarpmadan önce tarama ışınını oluşturan elektronlardır.

İkincil Elektronlar İkincil elektronlar, numunenin en üst katmanından yayılır.

§ SE1 Elektronları

Işın ile numune arasındaki çarpma noktasından saçılan elektronlar, SE1 tipi elektronlar olarak adlandırılır. Çarpma noktasından saçılan elektron miktarı, numunenin şekline bağlıdır.

Lens içi SE dedektörü gibi ikincil elektron dedektörleri, numunenin üst yüzey katmanından SE1 tipi elektronları toplar ve bu nedenle yüzey yapısını görüntülemek için kullanımı idealdir.

§ SE2 Elektronları

Numune yüzeyinden geri saçılan elektronların ortaya çıkması, ikincil elektronların yayılımını daha da artırır. Bunlar da SE2 tipi elektronlar olarak adlandırılır.

SE2 tipi elektronları toplayan dedektörlerin özellikle uzun çalışma mesafelerinde kullanılması uygundur. "Yanal aydınlanma" sonucu ortaya çıkan yüzey ayrıntısı, numunenin topoğrafyasını ortaya çıkarır.

Geri Saçılan Elektronlar

Geri saçılan elektronlar (BSE’ler), numune yüzeyinin altından (bir µm büyüklük kertesine kadar) yayılır. Çarpma noktasından yayılan elektron sayısı, büyük ölçüde numune materyalinin ortalama atom sayısına bağlıdır. Diğer bir deyişle BSE görüntüsü, bize derinlik bilgileri ve atom numarası kontrastı sağlar.

BSE dedektörleri, geriye saçılma katsayısı incelenen materyalin ortalama atom numarasına bağlı olduğundan materyallerin kontrastını görüntülemek için kullanılır.

Aktarılan Elektronlar

Bunlar, çok ince bir numuneden aktarılan birincil elektronlar ve düşük bir açı aralığında nispeten daha zayıf saçılımlı birincil elektronlardır. Birincil elektronlar, incelenen materyale bağlı olarak farklı açılarda saçılır ve numunenin altına yerleştirilen STEM dedektörü ile algılanabilir. Saçılmayan elektronlar, STEM dedektörünün ortasında algılanır ve parlak bir alan görüntüsü verir. Daha yüksek açılarla saçılan elektronlar ise STEM dedektörünün dış taraflarında algılanır ve koyu alanlar hâlinde görülür.

Katodoluminesans Parlak materyallere çarpan elektronlar, görünür spektrumda dalga boyları olabilen ve özel dedektörler ile görüntülenebilen türde fotonların saçılmasına (katodoluminesans, CL) neden olur.

3.2.7.2 Dedektörlere Genel Bakış

Işın numuneyi tarar ve parçacıkların yayılımını başlatır. Bir dedektör, yayılan bu parçacıkları toplar ve herhangi bir andaki parçacık sayısıyla orantılı genliğe sahip bir elektrik sinyali üretir.

Standart Dedektörler

Algılanan Sinyaller Tipik Uygulama Vakum Modu

Lens İçi SE Dedektörü [} 43]

SE1 Yüzey yapısı HV, Nano VP

SE Dedektörü [} 44] SE2 Topoğrafya HV

İsteğe Bağlı Dedektörler

Algılanan Sinyaller Tipik Uygulama Vakum Modu

C2D Dedektörü

BSE Eş merkezli iki halka

ile açısal

BSE Eş merkezli üç halka

ile açısal

BSE Eş merkezli iki halka

ile açısal

ZEISS 3 Ürünün ve İşlevlerin Tanıtımı | 3.2 Ana Bileşenler

İsteğe Bağlı Dedektörler

Algılanan Sinyaller Tipik Uygulama Vakum Modu

aSTEM dedektörü [} 59]*

Aktarılan elektronlar Kırılma kontrastı Bileşim kontrastı

HV

CL Dedektörü [} 60]

Işık fotonları Mineraloji HV

* Bu dedektörler, bir video çıkış kanallı veya dört video çıkış kanallı olarak sunulur.

İsteğe bağlı dedektörler ile ilgili daha fazla bilgi için bkz. İsteğe Bağlı Dedektörler [} 47]. aSTEM dedektörü ile ilgili daha fazla bilgi için ilgili kullanma kılavuzuna bakınız.

3.2.7.3 Lens İçi SE Dedektörü

Amaç Lens içi SE dedektörü, yüksek çözünürlüklü SE görüntülemeye yönelik yüksek performanslı bir dedektör olup ışın yolundaki ikincil elektronları doğrudan algılar. Bu dedektörün çok yüksek algılama performansı, ışın yolundaki geometrik konumundan ve elektrostatik/elektromanyetik lens ile olan uyumundan kaynaklanmaktadır.

Konum Daire şeklindeki kolon içi dedektör, objektif lensinin üstüne yerleştirilmiştir.

1

2

3

4

Şk. 17: Lens içi SE dedektörünün şeması

1 Lens içi SE dedektörü 2 Işın yolu

3 Objektif lensi 4 Numune

İşlevi Birincil elektronlar, anottaki 20 kV’ye kadar çıkarılabilen hızlandırma geriliminin yanı sıra dış muhafazada 8 kV’luk ek bir ışın güçlendirici gerilimi ile hızlandırılır. Elektronların hızlandırma gerilimi olarak ayarlanan enerji ile numune yüzeyine ulaşmasını sağlamak için, objektif lensin çıkışında elektrostatik lens tarafından ışın güçlendirici gerilimi (8 kV) ile aynı genlikte bir karşıt elektrostatik alan üretilir. Bu elektrostatik alan, numune yüzeyinde üretilen SE’ler için "hızlandırma alanı" görevini görür.

Lens içi SE dedektöründe elektronlar bir sintilatöre çarpar. Bu çarpma, bir ışık kılavuzu aracılığıyla ışın yolunun dışına ve bir fotoçoğaltıcıya yönlendirilen bir ışık saçılması oluşturur. Fotoçoğaltıcı da algıladığı bu ışık bilgilerini ekranda görüntülenebilen elektronik sinyallere dönüştürür.

Lens içi SE dedektörünün performansını, daha çok elektrostatik lensin çalışma mesafesi ile katlanarak azalan elektrik alanı belirler.

Bu nedenle çalışma mesafesi (WD), lens içi SE dedektörünün sinyal-gürültü oranını etkileyen en önemli faktörlerden biridir.

Numune yüzeyinin eğilme açısı elektronların yayılma açısını da etkilediğinden, numuneyi aşırı derecede eğmekten kaçınılmalıdır.

Bilgi

Lens içi SE dedektörü en çok 20 kV'ye kadar olan bir hızlandırma gerilimiyle kullanılabilir. Daha yüksek hızlandırma gerilimlerinde ışın güçlendirici ve dolayısıyla elektrostatik lensler kapatılır.

İkincil elektronları çeken elektrostatik lens alanı olmadığında lens içi SE dedektörünün performansı düşer.

3.2.7.4 SE Dedektörü

Amaç SE dedektörü, Everhart-Thornley tipi bir dedektördür. Bu dedektör, hem SE’ler hem de BSE’leri algılar.

Konum SE dedektörü, seçenekler port plakasına takılır.

1 2

4 5 3

6 Şk. 18: SE dedektörünün şeması

1 Ön yükselteç 2 Fotoçoğaltıcı

3 Işık kılavuzu 4 Sintilatör

5 Toplayıcı ızgarası 6 Numune

İşlevi Dedektöre yönelen elektronlar toplayıcı ızgarası tarafından çekilir/itilir ve sintilatöre yönlendirilir.

Elektronlar sintilatörden enerji alır ve böylece foton (ışık) üreten bir fosfor tabakası ile etkileşime girebilir. Bu ışık, bir ışık borusundan fotoçoğaltıcıya ulaşır. Fotoçoğaltıcı bu ışık çakmalarını çoğaltır ve görüntüleme için kullanılabilecek bir sinyal hâlinde verir.

Toplayıcı gerilimi −250 V ile +400 V arasında değişebilir.

Pozitif bir toplayıcı gerilimi, dedektörün önünde elektrik alanı oluşturur ve böylece düşük enerjili SE'leri sintilatöre yönlendirir.

Bilgi

Tüm standart uygulamalarda toplayıcı ön gerilimi +300 V’a ayarlanmalıdır.

ZEISS 3 Ürünün ve İşlevlerin Tanıtımı | 3.2 Ana Bileşenler

3.2.7.5 Hazne CCD kamerası

Amaç Mikroskobun numune haznesinin içinde bir CCD kamerası (yük bağlaşımlı aygıt tipi kamera) vardır.

Bu kamera, hazne CCD kamerası veya hazne içi kamera olarak adlandırılır. Bu kamera ile numune tablasının konumunu, özellikle de objektif lensi ile numune tutucu arasındaki mesafeyi

gözlemleyebilirsiniz.

Konum Hazne CCD kamerası, numune haznesinin arka tarafına yerleştirilmiştir.

1

2

Şk. 19: Hazne CCD kamerasından numunenin görünüşü.

1 Objektif lensi 2 Numune tutucu

DUYURU

Çarpma riski vardır

Tabla hareket ederken numune tutucunun konumunu gözlemlemek için hazne CCD kamerasını kullanın. Objektif lensi ile numunenin üst tarafı arasındaki mesafeye özellikle dikkat edin.

Yüksek/kalın bir numune üstten veya yandan objektif lensine çarpabileceğinden, bu uyarı hem dikey hem de yatay tabla hareketleri için geçerlidir.

Seçilen dedektöre bağlı olarak hazne CCD kamerası siyah beyaz veya renkli görüntü alabilir.

Kamera için gerekli olan aydınlatma, diyot dedektörlerinin performansını olumsuz etkileyebilir.

Kullanım için aSTEM, aBSD/aBSD-LH veya AsB gibi bir diyot dedektörü seçildiğinde, hazne CCD kamerası varsayılan olarak devre dışı bırakılır:

Şk. 20: Bir duraklama işaretiyle belirtilen, devre dışı bırakılmış hazne CCD kamerası (ör. bir diyot dedektörü seçildiğinde).