Nagyműszeres vegyész laboratórium programja. 8:15-8:25 Rövid vizuális ismerkedés a SEM laborral. (Havancsák Károly)

Hasonló dokumentumok
Quanta 3D SEM/FIB Kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp. Havancsák Károly

Nagyműszeres vegyész laboratórium programja. 9:15-9:25 Rövid vizuális ismerkedés a SEM laborral. (Havancsák Károly)

Havancsák Károly Az ELTE TTK kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja. Archeometriai műhely ELTE TTK 2013.

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

A nanotechnológia mikroszkópja

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

A szubmikronos anyagtudomány néhány eszköze. Havancsák Károly ELTE TTK Központi Kutató és Műszer Centrum július.

FEI Quanta 3D. Nanoszerkezetek vizsgálatára alkalmas kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTE TTK-n

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

A nanotechnológia mikroszkópjai. Havancsák Károly, január

FEI Quanta 3D SEM/FIB. Havancsák Károly december

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Dankházi Z., Kalácska Sz., Baris A., Varga G., Ratter K., Radi Zs.*, Havancsák K.

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Energia-diszperzív röntgen elemanalízis

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

Typotex Kiadó. Tartalomjegyzék

Energia-diszperzív röntgen elemanalízis és Fókuszált ionsugaras megmunkálás FEI Quanta 3D SEM/FIB

NAGYFELBONTÁSÚ PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓP AZ EÖTVÖS EGYETEMEN

AZ ELTE TTK KÉTSUGARAS PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPJA

Finomszemcsés anyagok mikroszerkezetének vizsgálata kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóppal

Mikro- és nanomechanika avagy mire IS lehet használni SEM/FIB-et. Lendvai János ELTE Anyagfizikai Tanszék

PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA

Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM scanning electronmicroscope)

EDX EBSD. Elméleti háttér Spektrumok alakja Gyakorlati alkalmazása

EBSD-alkalmazások. Minta-elôkészítés, felületkezelés

Vázlat a transzmissziós elektronmikroszkópiához (TEM) dr. Dódony István

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Röntgen-gamma spektrometria

Sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló módszerek

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

6-7. PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA MEGBÍZHATÓSÁGI HIBAANALITIKA VIETM154 HARSÁNYI GÁBOR, BALOGH BÁLINT

beugro

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Kristályorientáció-térképezés (SEM-EBSD) opakásványok és fluidzárványaik infravörös mikroszkópos vizsgálatához

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Elektronmikroszkópia. Nagy Péter Debreceni Egyetem, Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet 1/47

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) Elektronsugaras mikroanalízis (EPMA)

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Finomszerkezetvizsgálat

Szerkezetvizsgálat szintjei

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Opakásványok kristályorientáció vizsgálata a lahócai Cu-Au ércesedésben

Az opakásványok infravörös-mikroszkópos sajátosságai és ezek jelentősége a fluidzárvány vizsgálatokban

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Szerkezetvizsgálat ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (BSc)

Felületvizsgáló és képalkotó módszerek

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

EBSD vizsgálatok alkalmazása a geológiában: Enargit és luzonit kristályok orientációs vizsgálata

Török Zsófia, Huszánk Róbert, Csedreki László, Kertész Zsófia és Dani János. Fizikus Doktoranduszok Konferenciája Balatonfenyves,

4.3 Transzmissziós elektronmikroszkóp és a nagyfeloldású elektronmikroszkópia (HREM)

FIZIKA KÖZÉPSZINTŐ SZÓBELI FIZIKA ÉRETTSÉGI TÉTELEK Premontrei Szent Norbert Gimnázium, Gödöllı, május-június

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

SZERKEZETVIZSGÁLAT. ANYAGMÉRNÖK BSc KÉPZÉS (nappali munkarendben) TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Köpenyfluidzárványok kutatása mikro- és nanométeres léptékben

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Az ipari komputer tomográfia vizsgálati lehetőségei

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Röntgenanalitika. Röntgenradiológia, Komputertomográfia (CT) Röntgenfluoreszcencia (XRF) Röntgenkrisztallográfia Röntgendiffrakció (XRD)

Technoorg Linda Ltd. Co. Budapest, Hungary. Innováció és Kommunikáció február 20.

Az elektromágneses hullámok

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

MIKRO- ÉS NANOTECHNIKA II: NANOTECHNOLÓGIA

Periodikus struktúrák előállítása nanolitográfiával és vizsgálatuk három dimenzióban

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

A felület EBSD vizsgálata

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Modern fizika laboratórium

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Polimerek alkalmazástechnikája BMEGEPTAGA4

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós fotometria

Szerkezetvizsgálat szintjei

ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Optika 8. (X. 5)

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Modern mikroszkópiai módszerek

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Ringwooditok EBSD vizsgálata az NWA 5011 számú L6-os kondritos meteoritban

Szinkrotronspektroszkópiák május 14.

A levegőtisztasági mérések Európai Uniós gyakorlata

Detektorok. Siklér Ferenc MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Budapest

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Száloptika, endoszkópok

Átírás:

Nagyműszeres vegyész laboratórium programja 8:15-8:25 Rövid vizuális ismerkedés a SEM laborral. (Havancsák Károly) 8:30-9:15 A pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) alapjai. (Havancsák Károly) 9:30-10:15 A fókuszát ionsugaras technika (FIB) alapjai. (Dankházi Zoltán) 10:30-11:15 Energia diszperziv röntgen analízis (EDX), és a visszaszórt elektron diffrakció (EBSD) lehetőségei. Kalácska Szilvia. 11:30-13:30 Mérési gyakorlat. (Varga Gábor). Hajszál, Ni lemez, Pt réteg. IC.

Quanta 3D SEM/FIB Kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp Havancsák Károly, TTK KKMC http://sem.elte.hu 2

FEI Quanta 3D SEM/FIB Anton van Leeuwenhoek (1632-1723, Delft) FEI (Philips) Eindhoven 3

A Képképzés fajtái A mikroszkópia két fajtája 1. Párhuzamos képképzés (optikai mikroszkóp, transzmissziós elektronmikroszkóp) Képképzés lencsékkel. A nyalábok interferenciája alakítja ki a képet. Felbontás: d 2n sin Ernst Abbe (1840 1905) 2. Soros képképzés (pásztázó típusú mikroszkópok) képpont A pásztázás elvének felfedezése: Max Knoll 1935. Felbontás: a nyaláb (vagy a mérőszonda) mérete a mintán szabja meg. 4

Párhuzamos képképzés Az ideális mikroszkóp (optikai, TEM) sugármenete Az ábra egy lencse leképezését mutatja az Abbe-elmélet szerint. A mintát az f(x,y) komplex függvény írja le. A fókuszsíkban az f(x,y) függvény Fourier-transzformáltja jelenik meg (mint a Fraunhofer-kép esetén). A lencse úgy működik, hogy a képsíkban ismételt Fourier-transzformáció eredményeképpen a tárgy nagyított képe jelenik meg. 5

Mikroszkópok felbontása A hagyományos fénymikroszkóp a nanotartományban (<100 nm) nem jöhet szóba, hiszen az Abbe-féle felbontási határ korlátot szab: d λ 2n sinu ahol u a lencse félnyílásszöge, n a tárgy és a lencse között lévő közeg törésmutatója, λ a fény hullámhossza (ferde megvilágításra vonatkozó összefüggés). Maximális értékek: n<1,5; u<65 o ; NA=nsinu=1,4; λ=550 nm; Ezzel látható fényre az elvi felbontási határ: ~ 200 nm. Ezzel szemben az elektronmikroszkópban az elektronok de Broglie-hullámhossza: λ h p ; E 2 p 2m λ h 1,2 ( nm ), -27 m 0,911 10 g 2mE E( ev ). e 3 Pl. E=100 kev λ 3,8 10 nm. A lencse látószöge kicsi: u 10-2. Ma a nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkóp (HRTEM) felbontási határa 0,1-0,2 nm. 6

Elektronmikroszkópia Az elektron anyag kölcsönhatás kiváltotta termékek 1. Előre szórt elektronok. Nincs energiaveszteség, nincs irányváltozás. A transzmissziós elektronmikrószkópiában (TEM) a világos látóterű (bright-field) képhez felhasználható. 2. Rugalmatlanul szóródó elektronok. Kis energiaveszteség, kis szögben szóródás. Felhasználható: elektron energiaveszteség spektroszkópiában és speciális képalkotásra. 3. Rugalmasan szóródó elektronok. Nincs energiaveszteség, az irányváltozás fok nagyságrendű. Kristályos anyag esetén az irányt a Bragg-törvény szabja meg. TEM diffrakció, TEM sötét látóterű kép (dark field), és a nagyfelbontású elektronmikroszkópia (HREM) használja. 4. Szekunder elektronok. A minta nyaláb felöli oldalán keletkeznek. Gyengén kötött, külső héjon lévő elektronoktól erednek, amelyeket a nyaláb kiüt a helyükről. Összegyűjtve topografikus (felületi) információt adnak a pásztázó elektronmikroszkópiában (SEM 5. Visszaszórt (backscattered) elektronok. Az eredeti nyalábból rugalmas és rugalmatlan 7

Elektronmikroszkópia Az elektron anyag kölcsönhatás kiváltotta termékek 6. Röntgen-sugárzás. Az elsődleges elektronnyaláb hatására belső héjon elektron vakancia keletkezik. A betöltődés során röntgen foton távozik. Az analitikus elektronmikroszkópiában (AEM) a legáltalánosabban használt jel. Kémiai összetétel meghatározásra használható. 7. Auger-elektronok. Az elektron nyaláb a minta atomjának belső héjáról elektront lök ki, majd az elektronhiány betöltődik egy magasabb héjról. A betöltődés során energia szabadul fel, amely átadódik általában egy magasabb nívón elhelyezkedő elektronnak, amely távozik az atomból. Ez az Auger-elektron, amelyet az Auger-elektron spektroszkópia használ, és a minta kémiai összetételről ad információt. Elsősorban felületvizsgálatra használható. 8

A SEM működés alapjai 1. Fókuszált elektronnyaláb pásztázza a minta felületét

A SEM működés alapjai 1. Fókuszált elektronnyaláb pásztázza a minta felületét

2. Kiváltott termékek: szekunder elektronok, visszaszórt elektronok, röntgen fotonok. A SEM működés alapjai 1. Fókuszált elektronnyaláb pásztázza a minta felületét 3. A szekunder és visszaszórt elektronokkal képalkotás 4. A röntgen fotonokkal spektrum létrehozása, elemanalízis 5. Maximális felbontás szekunder elektronok esetén 1 nm.

A SEM felépítése 1. Elektron forrás (Schottky-forrás) 10-7 Pa 2. Mágneses lencsék 3. Pásztázó mágnesek 10-5 Pa 4. Detektorok (SED, BSED, EDX) 10-3 Pa 5. Vákuum rendszer vezető minták esetén szigetelő minták esetén biológiai minták esetén 100% páratartalom nagyvákuum üzemmód 10 130 Pa alacsony-vákuum üzemmód 10 4000 Pa környezeti üzemmód

Elektron detektorok felépítése Szekunder elektronok detektálására (E<50 ev). Everhart Thornley-detektor Felület leképezése, elsősorban morfológia, d min 1 nm. Visszaszórt elektronok detektálása (E<30 kev) Z kontraszt d min 2-4 nm Al ötvözet SED kép BSED kép

Kétsugaras mikroszkóp Kétsugaras mikroszkóp (FIB = focused ion beam) E max =30 kev Ga ionok 19 mm Elektron nyaláb függőlegesen ionnyaláb 52 o -ot zár be a függőlegessel Hogy a FIB merőlegesen lássa a mintát, dönteni kell azt 52 o -kal 10 mm Két nyaláb a munkatávolságon találkozik, megmunkálás közben látható az 14 eredményt

Röntgen elemanalízis Röntgen detektor (Energia diszperziv röntgen detektor = EDX) 16 - Szilícium drift detektor, elemanalízis - Nem igényel folytonos folyékony N hűtést Peltier-hűtés - 60 o C. - A detektor sebessége: 10 5 cps. - A detektor energia felbontásra: 130 ev @ Mn K α. - Elemtérkép készítése (gyökérkövület) visszaszórt elektron kép röntgen elemtérkép

Visszaszórt elektron diffrakció (EBSD)

Visszaszórt elektron diffrakció (EBSD) 18 fém minta orientációs térképe

FEI Quanta 3D SEM/FIB ion oszlop elektron oszlop omniprobe nanomanipulátor EDX detektor gáz injektorok cont. dynode electr. multiplier = CDEM detektor (SE, SI) mintakamra ajtó mintatartó mechanikus mozgatógombokkal EBSD detektor GSED erősítő 19

FEI Quanta 3D SEM/FIB cont. dynode electr. multiplier = CDEM detektor (SE, SI) ion oszlop vége elektron oszlop vége gáz injektor Everhart-Thornly- SED/BSED low kv vcd (visszahúzható) pásztázó transzmissziós detektor (STEM) EBSD detektor infravörös CCD kamera alacsony nyomású szekunder elektron 20 detektot (LVSED)

FEI Quanta 3D SEM/FIB cont. dynode electr. multiplier = CDEM detektor (SE, SI) ion oszlop vége elektron oszlop vége gáz injektor Everhard-Thornly- SED/BSED low kv vcd (visszahúzható) pásztázó transzmissziós detektor (STEM) EBSD detektor infravörös CCD kamera alacsony nyomású szekunder elektron 21 detektot (LVSED)

Pásztázó Elektronmikroszkóp Felbontás 30 kev 15 kev 5 kev 1 kev 0,5 kev A bombázó elektronok energiájától függ a gerjesztett térfogat. A minta felületéből kiváltott termékek különböző energiájúak, és ezért különböző mélységből és különböző térfogatól származnak. Az elektronnyaláb átmérője mellett ez az, ami a felbontást meghatározza. d max = 1 nm, (SE esetére igaz). Nagyítás A SEM nagyítását lényegében geometriai viszonyok határozzák meg. N L l N max = 10 5 10 6. 22

Elektronmikroszkópia, SEM A SEM működésének általános tulajdonságai: - Vastag minta is vizsgálható. - Kevesebb előkészítést igényel, mint a TEM minták. - A szennyezéseket célszerű a vizsgálat előtt a felületről eltávolítani - A SEM vizsgálat során töltés jut a minta felületére, aminek elvezetéséről gondoskodni kell. Vezető minták esetén a töltés a földelt mintatartón keresztül távozik. Szigetelő minta esetén többféle módszer is létezik a töltésfelhalmozódás megakadályozására. - A minta felületének bevonása vékony Au vagy C réteggel, - energiaszűrés a detektor előtt, - alacsonyvákuumos mikroszkópi üzemmód (10 Pa 130 Pa, azaz 0,1 torr 1 torr). 23

Gyógyszertranszport polimer nanorészecskékkel 24

Mikripillárok deformációs tulajdonságainak vizsgálata 25

Ferromágneses nanorészecskék gyártása 26

Régészeti vizsgálatok 27 6. századi avar kengyel vas anyaga Középkori arany díszítőszál

Nagy deformációval előállított nanoszemcsés anyagok 28 Ag4N HPT2 Zn-Al ötvözet HPT1

Budai meleg források baktérium telepeinek vizsgálata 29

Ősi vulkánok kőzeteiben a zárványok vizsgálata 30

Összefoglalás 31 - A régióban egyedülálló berendezés; - Nagyvákuum-, alacsony vákuum- és környezeti üzemmódok; - Képi felbontás üzemmódtól függően 1 5 nm (a nanotartomány vizsgálatára alkalmas); - Gyors röntgen detektor, nagyfelbontású elem-térképezés; - Fókuszált ionsugár: keresztmetszeti minta, nanolitográfia; - Visszaszórt elektron diffrakció: kristály orientáció- és textúravizsgálat; - Eddig 80 publikáció referált folyóiratban, konferencia és ismeretterjesztő előadás;

Itt a vége...

Jegyzőkönyv vázlat - A laborgyakorlat célja, eszköze. - A Quanta 3D SEM/FIB jellemzése. - Mi a különbség a TEM és a SEM között? - Milyen termékeket használ a SEM? - Milyen detektorai vannak a Quanta 3D SEM-nek? Felbontásuk, rövid jellemzésük. - Mi a különbség a ETD és a BSED között? - Mire használható a röntgen fotonok detektálása? - Mi az a FIB és mire használható? - Mi az a gázkémia? - Mi a diffrakció jelensége? - Mi a különbség a TEM és a SEM diffrakció között? - A Hikari-kamera rövid jellemzése. - Mire használható az EBSD? - Mérési adatok. - Kiértékelések.