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Sorgenti di elettroni Abbiamo visto lenti e loro aberrazioni. Sappiamo che, soprattutto a causa dellaberrazione sferica siamo costretti ad diaframmi che.

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Presentazione sul tema: "Sorgenti di elettroni Abbiamo visto lenti e loro aberrazioni. Sappiamo che, soprattutto a causa dellaberrazione sferica siamo costretti ad diaframmi che."— Transcript della presentazione:

1 Sorgenti di elettroni Abbiamo visto lenti e loro aberrazioni. Sappiamo che, soprattutto a causa dellaberrazione sferica siamo costretti ad diaframmi che limitano lapertura del fascio (a scapito della risoluzione). Limitare il fascio significa perdere corrente importanza in M.E. di avere sorgenti molto intense Il concetto chiave però non è la intensità (densità di corrente) ma la brillanza (brightness), cioè la densità di corrente per unità di angolo solido. i corrente del fascio d 0 diametro del fascio [A cm -2 ster -1 ] 0 angolo di divergenza La brillanza non può essere mai maggiore della brillanza della sorgente in nessun punto lungo la colonna del M.E. Area Angolo solido

2 Sorgenti termoionicheSorgenti a emissione di campo amplificazione del campo elettrico sulle punte (E=V/r) effetto tunnel A freddo devessere operato in ultra alto vuoto (UHV) per non avere ossidi o contaminanti A caldo (emissione assistita) W (orientato ) trattato superficialmente con ZrO 2 Cristallo LaB 6 orientato bassa funzione lavoro Φ J = AT 2 e - /kT Filamento di W alta temperatura

3 Thermoionic W Thermoionic LaB 6 Thermal FEG ZrO-W Cold FEG (200 kV) [A/cm 2 ster] ~ 5x10 5 ~ 5x10 6 ~ 5x10 8 Source size m] Energy spread [eV] Operating Pressure [Pa] Operating Temperature [K] Lifetime [hr] >1000

4 Sorgenti termoioniche Wehnelt: lente elettrostatica (collettore) Wehnelt Anodo senza bias corrente massima bias intermedio brillanza massima bias alto nessuna corrente Brillanza corrente Tensione di bias (V) Valore ottimale

5 Saturazione compromesso tra emissione (temperatura) e durata max = J c eV/πkT J c densità di corrente aumenta linearmente con V Self-bias: corrente maggiore bias maggiore

6 La radiazione elettromagnetica interagisce con: nuvola elettronica Gli elettroni interagscono con: nuvola elettronica nucleo I neutroni (particelle neutre) interagiscono con: nucleo Gli elettroni vengono diffusi molto di più rispetto a raggi X e neutroni cariche negative !! diffusione (scattering) per interazione coulombiana Interazione elettrone-materia

7 SCATTERING (DIFFUSIONE) Elastico E ~ ° in avanti >10° fino a retrodiffusi Anelastico E > 0 < 1 ° Coerente ~ ° in avanti Incoerente 0 < 90 ° diffusione in avanti (TEM) scattering multiplo: 1) campione spesso 2) grande centro diffusore E in, in E out, out > 90 ° diffusione allindietro (SEM) elettrone come particella (energia E) onda (fase )

8 Microscopia elettronica in trasmissione (TEM) Volume di interazione nm Campione sottile (trasparenza elettronica) e - trasmessi (immagini/diffrazione/ Energy Loss) e - diffusi (contrasto Z) e - secondari (SE) e - retrodiffusi (BSE): pochi e - primari e - Auger raggi X caratteristici (microanalisi) raggi X continuo Microscopia elettronica a scansione (SEM) raggi X caratteristici (microanalisi) e continuo Volume di interazione Campione massivo e - secondari (SE) (immagini) e - Auger e - retrodiffusi (BSE): tanti (immagini) e - primari ma cè dellaltro …

9 Imaging (mapping) Technique Eletroni secondari (contrasto topografico) Elettroni retrodiffusi Imaging Technique Brightfield (contrasto di ampiezza) Darkfield (contrasto di diffrazione) HRTEM (contrasto di fase) HAADF (contrasto Z) STEM (scansione) Molte tecniche complementari (non di immagine): Cristallografiche e spettroscopiche alcune mappabili mediante scansione Meccanismi di contrasto: Microscopia elettronica Trasmissione Scansione

10 TEM: Contrasto di ampiezza (massa-spessore) E legato allo scattering incoerente elastico alla Rutherford (proporzionale a Z, alla densità e allo spessore t, piccato in avanti – < 5°) ed è presente anche in campioni amorfi. Spessore maggiore significa scattering multiplo quindi zone a Z maggiore diffondono di più di quelle a Z minore. Però in campioni cristallini è concorrenziale con la diffrazione I1I1 I2I2 I low Zhigh Z obiettivo diaframma schermo In realtà raccogliendo anche i pochi elettroni diffusi incoerentemente ad angoli > 5° si ha il cosiddetto contrasto Z (HAADF) in cui non è presente il contributo della diffrazione neanche in campioni cristallini.

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12 Diffrazione 2 d sin = n Geometricamente controllata dalla legge di Bragg L R L = lunghezza di camera R = distanza dal trasmesso Es.: per Au (311), d (311) = a/( ) 1/2 = nm ~ nm (e, 300kV) ~ 0.46 ° ~ 0.1 nm (raggi X, 12.4 keV) ~ 23.9 ° λ molto piccoli angoli di diffrazione molto piccoli

13 SAED da cristallo singolo (SPOT) SAED da poli-cristallo (anelli Debye-Scherrer) Lente obiettivo Piano focale campione Asse ottico Formazione della figura di diffrazione trasmesso (h k l) SAED= Selected Area Electron Diffraction Si seleziona la parte del campione desiderata con una apertura apposita situata in un piano coniugato del campione (sotto lapertura dellobiettivo)

14 TEM: Contrasto di diffrazione E legato allo scattering coerente elastico alla Bragg ed è presente in campioni cristallini. Se un dominio o una zona del campione di trova in condizione di Bragg e un altro no ho contrasto legato agli elettroni rimossi dal fascio trasmesso (isolato con un diaframma) I1I1 I2I2 I non in Bragg in Bragg obiettivo diaframma schermo Per formare limmagine posso selezionare o il fascio trasmesso (immagine in campo chiaro o bright-field - BF) o un diffratto (immagine in campo scuro o dark-field – DF)

15 Formazione dellimmagine in campo chiaro (BF) e campo scuro (DF) diaframma Contrasto di massa-spessore e di diffrazione: le parti con Z più alto o quelle cristalline in Bragg sono più scure. Contrasto dovuto alla diffrazione: la parte che diffrange secondo lo spot isolato è chiara, il resto è scuro Bright-Field (BF) Dark-Field (DF)

16 Particelle di Au su C Campo scuro (DF) Campo chiaro (BF) Fin qui abbiamo visto lo scattering degli elettroni incidenti …

17 TEM: Contrasto di fase E legato alla interferenza tra fasci diffratti i quali portano una differenza di fase fra loro da cui si ottengono informazioni sulle distanze interplanari (TEM in alta risoluzione) Formazione dellimmagine in Alta Risoluzione (HRTEM) diaframma Faccio interferire molti fasci diffratti T T D Figure di diffrazione di un monocristallo di GaAs (f.c.c. a=0.565 nm) in condizioni di asse di zona [001] e di due fasci.

18 Zincblende (cubic) GaAs: a = nm InP: a = nm Alta Risoluzione (HREM) (sezione trasversale di multistrato InP/InGaAs)

19 3 mm Preparazione campioni TEM 20 m 200 nm Sezione Planare Slot Cu o Mo rotazione fascio e - 3 mm 2 mm 200 nm campione massivo (a) (b) (c) (d) assottigliamento ionico sezione planare assottigliamento meccanico eventuale incollaggio slot metallica Ar + 5keV

20 Preparazione campioni TEM Sezione Trasversale 2 mm 200 nm campione massivo (a) C (b) incollaggio supporto taglio con sega diamantata (spessore ~ 1 mm) Supporto (S) Campione (C) (d) assottigliamento ionico Ar + 5 keV sezione trasversale (e) fascio e - assottigliamento meccanico incollaggio slot metallica (c) 20 m 3 mm slot Cu o Mo SC C S 3 mm


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