A pásztázó elektronmikroszkóp FEI Quanta 3D típusú, nagyfelbontású kétsugaras készülék. A két sugár azt jelenti, hogy rendelkezik elektronforrással és ionforrással is. Az elektronnyaláb és az ionnyaláb egyaránt alkalmas arra, hogy mikroszkópi képet készíthessünk, ugyanakkor az ionnyaláb az anyagminta felületének megmunkálását is lehetővé teszi.
A pásztázó elektronmikroszkópban a mikroszkópi kép kialakulása különbözik attól, ahogyan az egy hagyományos optikai mikroszkópban történik. Itt a fókuszált elektronnyaláb a minta felületét pásztázza, miközben különböző „termékeket” vált ki a felületből. Ilyen termékek lehetnek a felület elektronjaiból származó szekunder elektronok, a nyaláb elektronjai közül nagyszögben szóródó visszaszórt elektronok, illetve a mintából kiváltott röntgen fotonok. Ezeket a termékeket detektorok gyűjtik össze, és segítségükkel a képernyőn mikroszkópi kép hozható létre. A képalkotás módjából következik, hogy a mintát nem kell elvékonyítani, mint a transzmissziós elektronmikroszkóp esetében.
Minthogy a kiváltott termékek energiája különböző, ezért a felület közeli tartományokról, különböző mélységből hoznak információt.
A legkisebb energiája a szekunder elektronoknak van (néhány eV), ezért ezek segítségével gyakorlatilag csak felületi információ nyerhető. Ilyenkor a felbontást a fókuszált elektronnyaláb mérete szabja meg. A maximális felbontóképesség szekunder elektronok esetén ~ 1 nm.
A visszaszórt elektronok energiája sokkal nagyobb, mint a szekunder elektronoké, akár több 10 keV is lehet. Ezért a visszaszórt elektronok mélyebbről hoznak információt. Ennek megfelelően a felbontás is kisebb, mintától és energiától függően ~ 2 – 4 nm.
A röntgen fotonok energiája információt nyújt arról, hogy milyen atomból származik. Ezért az összegyűjtött röntgen fotonok energiájának mérésével a minta összetétele analizálható, akár a minta egy pontjában, akár a minta felülete mentén.
A Quanta 3D mikroszkóp rendkívüli tulajdonsága, hogy ezzel a mikroszkóppal különösebb minta-előkészítés nélkül vizsgálhatók szigetelő minták és biológiai objektumok is.
Az elektronnyalábban szállított töltés a szigetelő minta felületén felhalmozódhat, lehetetlenné téve a felület további vizsgálatát. A hagyományos pásztázó elektronmikroszkópokban ezt a feltöltődést úgy kerülik el, hogy egy vékony aranyréteg rápárologtatásával vezetővé teszik a minta felületét. Sok esetben, például nanoobjektumok vizsgálata esetén, a felület borítása nem jó megoldás, mert lényegesen módosítja a minta tulajdonságait. A Quanta 3D mikroszkópban létezik olyan alacsony vákuumos üzemmód, amely feleslegessé teszi a felület beborítását, mert a gázos környezet képes a felületi töltések semlegesítésére.
A Quanta 3D mikroszkóp másik rendkívüli tulajdonsága, hogy a vákuumra és a vízvesztésre érzékeny biológiai minták közvetlenül is vizsgálhatók. A készüléknek van egy un. környezeti üzemmódja, ahol nedves gázban végezhetők a mérések.
A Quanta 3D pásztázó elektronmikroszkóp tehát előnyös tulajdonságai révén alkalmas a nano mérettartomány (1 nm – 100 nm) kényelmes vizsgálatára.
A sokoldalú berendezés visszaszórt elektron diffrakció (EBSD) vizsgálatra is alkalmas. A pontról-pontra mért diffrakciós ábra alkalmas arra, hogy a minta egy pontjának kis környezetében meghatározzuk a kristályszerkezet fajtáját és a kristály orientációját. Egy terület pontjainak átvizsgálása után orientációs térkép készíthető. Az orientációs térképek alapján a minta textúrája és a szemcsék szerkezete vizsgálható.
A berendezés transzmissziós üzemmódban is működtethető (STEM üzemmód). Ha a minta megfelelő vékonyságú, akkor a STEM detektorral világos- vagy sötét látóterű kép készíthető, amelynek információ tartalma megegyezik a transzmissziós elektronmikroszkóp hasonló képeinek információ tartalmával. Ebben az üzemmódban, ideális esetben a maximális felbontás: 0,9 nm.
A kétsugaras mikroszkóp második nyalábja fókuszált Ga ionnyaláb (FIB), amelynek maximális energiája 30 keV. Az ionnyalábbal a minta felülete porlasztható, és az intenzív porlasztással a felület nagy hatékonysággal megmunkálható, Az ionnyaláb és az elektronnyaláb a mintán egy közös pontban találkozik, így megmunkálás közben megfigyelhető a megmunkálás folyamata. A FIB sokféle funkcióra alkalmas. A leggyakrabban használt funkciói: keresztmetszeti minta kialakítása, vékony TEM minta készítése és nanolitográfia.
Az ELTE TTK Fizikai-, Kémiai-, Biológiai- és Földtudományi Intézeteiben, valamint a Környezetkutató Központjában számos kutatócsoport folytat nanotechnológiai irányultságú anyagfizikai, kémiai anyagtudományi, biológiai és interdiszciplináris kutatásokat. Példaként néhány olyan kutatási irány, ahol a pásztázó elektronmikroszkóp a kutatások egyik alapeszköze lehet: különleges tulajdonságú nanoporok előállítása és tulajdonságainak vizsgálata; nanokompozitok kutatása; szén nanoszerkezetek kutatása; deformáció hatására bekövetkező szerkezetváltozások vizsgálata; nano- és mikroméretű minták előállítása és vizsgálata; hidrogéntároló nanoszerkezetek kutatása; kerámiaanyagok vizsgálata; biológiai objektumok vizsgálata a mikronos és a nano tartományban.
Az ELTE kutatócsoportjai mellett más egyetemek, kutató intézetek, egyéb kutatással foglalkozó szervezetek kutatóit és kutató csoportjait is szívesen látjuk laboratóriumunkban. A kölcsönös előnyökön alapuló együttműködés, közös kutatás és bérmunka egyaránt nem példa nélküli eddigi tevékenységünkben. A közös munka feltételeit tartalmazó szerződés egyedi megállapodás tárgya.
Ha bővebb információra vágyik, akkor olvassa el a SEM/FIB rendszer részletes leírását.
