b'\n_START_ARTICLE_\nSkaneeriv elektronmikroskoop\n_START_PARAGRAPH_\nSkaneeriv elektronmikroskoop (l\xc3\xbchendina SEM) on mikroskoop, mis loob kujutise uuritavat proovi suure energiaga elektronikiire abil skaneerides. Kiirt moodustavad elektronid interakteeruvad pinda moodustavate aatomitega, tekitades signaale, mis sisaldavad teavet pinna kuju, koostise, elektrijuhtivuse ja muude omaduste kohta._NEWLINE_SEM v\xc3\xb5imaldab oluliselt suuremat suurendust kui valgusmikroskoop, sest elektronide lainepikkus on v\xc3\xa4ike. Elektronkiir on v\xc3\xa4ga piiratud ja sellep\xc3\xa4rast on SEM-il lai teravuss\xc3\xbcgavus, mis t\xc3\xa4hendab, et samaaegselt fookuses olev prooviala on \xc3\xbcsna suur. See lubab uurijal fokuseerida objektil huvipakkuvat ala, mida eelnevalt skaneeriti v\xc3\xa4iksema suurendusega. Erinevalt transmissioonielektronmikroskoobist (TEM) on kujutis kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeline._NEWLINE_Objektide uurimisel SEM-iga on olulised proovide ettevalmistamine, n\xc3\xa4idise kuivatamine ja elektronkiirest p\xc3\xb5hjustatud elektrilaengu pinnale kogunemise v\xc3\xa4ltimine.\n_START_SECTION_\nAjalugu\n_START_PARAGRAPH_\nEsimese SEM-pildi saavutas Max Knoll, n\xc3\xa4idates elektronide kanaliseerumist r\xc3\xa4niterase kristallis 1935. aastal. 1937. aastal j\xc3\xa4tkas Manfred von Ardenne SEM-i f\xc3\xbc\xc3\xbcsikaliste aluste ning kiire ja proovi interaktisooni uurimist. Mehele anti k\xc3\xbcll Briti patent, kuid instrumendi reaalse tootmiseni ta ei j\xc3\xb5udnud. Edasi arendasid SEM-i alates 1948 professor Charles Oatley ja tema \xc3\xbcli\xc3\xb5pilasest uuringukaaslane Dennis McMullan ning 1965. aastal toodeti t\xc3\xb6\xc3\xb6stuslikult esimene SEM, turustajaks Cambridge Scientific Instrument Company. Instrument kandis nime "Stereoscan" ning paigaldati DuPonti.\n_START_SECTION_\nElektronide allikad\n_START_PARAGRAPH_\nElektronide allikana kasutatakse volframi filamente, mis kiirgavad elektrone 2500-3000 K juures, v\xc3\xb5i lantaaniumheksaboriidi LaB\xe2\x82\x86 vardaid, mis kiirgavad elektrone juba 1400-2000 K juures. Allikas asub vaakumis (10\xe2\x81\xbb\xc2\xb3 Pa), et ei toimuks oks\xc3\xbcdeerumine. Kiirgamistemperatuuri on v\xc3\xb5imalik allapoole tuua, kui teha filamendi ots teravaks ja asetada elektriv\xc3\xa4lja. Tugeva elektriv\xc3\xa4lja (E > 10\xe2\x81\xb9 V/m) t\xc3\xb5ttu tunnelleeruvad elektronid metallist v\xc3\xa4lja. Elektriv\xc3\xa4lja j\xc3\xb5ujoonte tihedus ja seega tugevus on seda suurem, mida suurem on filamendi teravus. 300 K juures elektrone kiirgava filamendi tipu raadius on mikromeetrite suurusj\xc3\xa4rgus ning \xc3\xbcmbritsev r\xc3\xb5hk on 10\xe2\x81\xbb\xe2\x81\xb7Pa, et osakesed teravikku ei l\xc3\xb5huks. Schottky elektronkahuris on wolframi filament kaetud ZrO\xe2\x82\x82-ga ja kuumutatakse 1700 K juurde. Sellisel juhul pole tarvilik tipu suur teravus ja nii k\xc3\xb5rge vaakum._NEWLINE_P\xc3\xa4rast v\xc3\xa4ljumist kiirendatakse elektronid anoodi poole kuni 50 kV elektriv\xc3\xa4ljas.\n_START_SECTION_\nKondensorl\xc3\xa4\xc3\xa4tsed\n_START_PARAGRAPH_\nP\xc3\xa4rast anoodi l\xc3\xa4bimist elektronkiir fokuseeritakse elektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4tsedega, mis tekitavad elektronkolonnis telgs\xc3\xbcmmeetrilise magnetv\xc3\xa4lja. Elektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4ts koosneb suure keerdude arvuga m\xc3\xa4hisest, mille voolutugevust (ja seega magnetv\xc3\xa4lja tugevust ja fookuskaugust) saab muuta. Magnetv\xc3\xa4li v\xc3\xa4ljutatakse elektronkolonni l\xc3\xa4\xc3\xa4tsemagneti "ava" kaudu. Tekkivas magnetv\xc3\xa4ljas m\xc3\xb5jub laenguga osakesele Lorentzi j\xc3\xb5ud _NEWLINE_(v osakese kiirus e osakese laeng, B magnetinduktsioon), mis p\xc3\xb5hjustab elektronide liikumist kitseneva spiraalina. Nii liiguvad teljest kaugemal olevad elektronid fookusesse. Sealjuures liiguvad energiani E{0} kiirendatud elektronid keeruka kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmelise trajektooriga l\xc3\xa4bi fookuse, projekteerides elektronide allika v\xc3\xa4hendatud kujutise vahetasandile telje suhtes p\xc3\xb6\xc3\xb6ratuna. Selle p\xc3\xb6\xc3\xb6rde suurus s\xc3\xb5ltub l\xc3\xa4\xc3\xa4tse tugevusest._NEWLINE_S\xc3\xbcsteemis t\xc3\xb6\xc3\xb6tavad korraga kaks l\xc3\xa4\xc3\xa4tse, millel p\xc3\xb5him\xc3\xb5tteliselt v\xc3\xb5ivad olla eri fookuskaugused. Teise l\xc3\xa4\xc3\xa4tse sees on tavaliselt kiirt piirav kondensorl\xc3\xa4\xc3\xa4tse ava._NEWLINE_Kahekordne kondensors\xc3\xbcsteem koosneb kahest kondensorl\xc3\xa4\xc3\xa4tsest ja on kasutatav nii SEM-i kui ka TEM-i juures. Selle \xc3\xbclesanne on kontrollida elektronkiire parameetreid: pinget, kiire l\xc3\xa4bim\xc3\xb5\xc3\xb5tu ja konvergentsust._NEWLINE_Kiire l\xc3\xa4bim\xc3\xb5\xc3\xb5t on umbes 0,4-10\xc2\xa0nm.\n_START_SECTION_\nObjektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4ts\n_START_PARAGRAPH_\nTEM-is suunab kondensors\xc3\xbcsteem elektronikiire otse objektile, kuid SEM-is on kondensors\xc3\xbcsteemi ja objekti vahel veel objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4ts, mis kontrollib kiire fokuseeringut objektile ja suurendab kiire konvergentsust. _NEWLINE_Suuremate suurenduste saamiseks ja aberratioonide v\xc3\xa4hendamiseks v\xc3\xb5ib objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse magnetv\xc3\xa4li ulatuda uuritava proovini (juhul, kui proov pole magneetuv).\n_START_SECTION_\nSkaneerimism\xc3\xa4his\n_START_PARAGRAPH_\nEnne objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse l\xc3\xa4bib elektronkiir skaneerimism\xc3\xa4hise, kus risti olevate elektri- v\xc3\xb5i magnetv\xc3\xa4ljadega suunatakse elektronkiir tahetud punkti proovil. Elektriv\xc3\xa4li genereeritakse kondensaatori plaatide vahel ning elektronkiire kaldenurka saab m\xc3\xb5jutada plaatidevahelise pinge muutmisel. Magnetv\xc3\xa4lja genereeritakse m\xc3\xa4hise ja raua tuumaga ning elektronkiire kaldenurka saab m\xc3\xb5jutada m\xc3\xa4hist l\xc3\xa4biva voolutugevusega. Skaneerimism\xc3\xa4hisega suunatakse elektronkiirt proovil rida-realt, kuni kogu uuritav piirkond on "\xc3\xbcle k\xc3\xa4idud", \xc3\xbchtlasi muutub detektori skaneerimissamm.\n_START_SECTION_\nApertuurid\n_START_PARAGRAPH_\nPeale elektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4tsede m\xc3\xb5jutavad elektronkiire kujunemist ka apertuurid, mis aitavad aberratsioone v\xc3\xa4hendada. Apertuur on avaus, mis laseb l\xc3\xa4bi elektronkiiri, mis langevad kitsas kimbus. SEM-is on reaalne ja virtuaalne apertuur. Reaalne apertuur asub objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse sees proovikambrile l\xc3\xa4hedal. Reaalne apertuur v\xc3\xb5ib reostuda. Virtuaalne apertuur asub kondenserl\xc3\xa4\xc3\xa4tse ja objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse vahel.\n_START_SECTION_\nDetektorid\n_START_PARAGRAPH_\nTagasi peegeldunud ja sekundaarseid elektrone p\xc3\xbc\xc3\xbcavad ning registreerivad detektorid, mis asuvad proovikambris._NEWLINE_Everharti-Thornley (E-T) detektoris tekitavad elektronid stsintillatsioonimaterjalis valguss\xc3\xa4hvatuse, mida v\xc3\xb5imendatakse fotokordistis ja moduleeritakse pildi heleduseks \xe2\x80\x93 nii saadakse pilt monitori ekraanile. Stsintillaatorit \xc3\xbcmbritsev Faraday puur positiivse potentsiaaliga (400 V) aitab p\xc3\xbc\xc3\xbcda ka v\xc3\xa4hese energiaga sekundaarseid elektrone. Kui stsintillaatorit \xc3\xbcmbritseb negatiivne potentsiaal, siis sekundaarsed elektronid detektorisse ei satu, aga suure energiaga tagasi peegeldunud elektrone negatiivne pinge ei m\xc3\xb5juta. Sellisel juhul saab m\xc3\xb5\xc3\xb5tmisi teha tagasi peegeldunud elektronide re\xc5\xbeiimis._NEWLINE_Sekundaarsete elektronide re\xc5\xbeiimis kasutatakse detektorit, mis asub objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse taga (through-the-lens TTL). See detektor saab signaale ainult sekundaarsetelt elektronidelt, sest l\xc3\xa4\xc3\xa4tse magnetv\xc3\xa4li m\xc3\xb5jutab v\xc3\xa4hese energiaga sekundaarelektrone, aga ei m\xc3\xb5juta suure energiaga tagasi peegeldunud elektrone. Sekundaarsed elektronid liiguvad l\xc3\xa4\xc3\xa4tse poole Lorentzi j\xc3\xb5u m\xc3\xb5jul ning siis detektorisse positiivse pinge t\xc3\xb5ttu._NEWLINE_On veel teisi detektoreid, mis m\xc3\xb5\xc3\xb5davad tagasi peegeldunud elektrone. Passiivse stsintillaatoriga detektor registreerib vaid suure energiaga tagasi peegeldunud elektrone. Saab asetada proovi l\xc3\xa4hedale, sest puudub Faraday puur, mis segaks elektronkiirt. Dioodi detektor annab signaale, kui tagasipeegeldunud elektronid p\xc3\xb5rkuvad vastu ning tekitavad elektroni-augu paare. See detektor on \xc3\xb5huke, saab asetseda proovi l\xc3\xa4hedal, aga t\xc3\xb6\xc3\xb6tab vaid k\xc3\xb5rgete pingete korral. Leidub veel detektoreid, mis muundavad tagasi peegeldunud elektronid sekundaarseteks ning registreerivad nende signaale.\n_START_SECTION_\nSignaalid\n_START_PARAGRAPH_\nProovile langev elektronkiir tekitab proovis signaale ja elektrivoolu l\xc3\xa4bi proovi. Proov peab olema elektrit juhtiv, muidu hakkab see laaduma ning elektronkiirt t\xc3\xb5rjuma. Elektronid hajuvad aatomite elektronikihtidelt ja pidurduvad uuritava pinna niinimetatud vastastikm\xc3\xb5ju piirkonnas, mis on 0,1\xe2\x80\x935 \xce\xbcm paks. See paksus s\xc3\xb5ltub elektronide energiast, n\xc3\xa4idise aatomnumbrist ja materjali tihedusest.\n_START_SECTION_\nTagasipeegeldunud elektronid\n_START_PARAGRAPH_\nTagasipeegeldunud elektronid (ingl backscattered electrons) on langeva kiire elektronid, mis proovilt tagasi p\xc3\xb5rkuvad. Nende energia on samas suurusj\xc3\xa4rgus primaarsete elektronide energiaga. Peegeldunud elektronide hulk s\xc3\xb5ltub materjalist: mida suurem on materjali aatommass, seda rohkem elektrone tagasi peegeldatakse. Seet\xc3\xb5ttu kasutatakse peegeldunud elektronide re\xc5\xbeiimi proovi koostise kindlakstegemiseks.\n_START_SECTION_\nSekundaarsed elektronid\n_START_PARAGRAPH_\nKui proovist v\xc3\xa4ljuva elektroni energia on v\xc3\xa4iksem kui 50 eV, siis klassifitseeritakse elektron sekundaarseks elektroniks. Sekundaarsed elektronid on proovi juhtivuse elektronid, mis mitteelastsete p\xc3\xb5rkel kiireelektronidega proovist v\xc3\xa4lja l\xc3\xbc\xc3\xbcakse. Sekundaarseid elektrone tuleb 5\xe2\x80\x9350\xc2\xa0nm s\xc3\xbcgavuselt proovist. Nende abil uuritakse proovi pinna kuju.\n_START_SECTION_\nMuud signaalid\n_START_PARAGRAPH_\nLisaks tekib elektronide pidurdumisel aatomites r\xc3\xb6ntgenikiirgus, mis on iseloomulik aatomite madalamate tasemete elektronide ergastamisele.\n_START_SECTION_\nSuurendus\n_START_PARAGRAPH_\nSEM-iga v\xc3\xb5ib saavutada 10\xe2\x80\x93500 000 kordse suurenduse._NEWLINE_Erinevalt valgusmikroskoobist ei s\xc3\xb5ltu pildi suurendus SEM-is objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse tugevusest. SEM-is on k\xc3\xbcll olemas kondensor- ja objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tsed, kuid nende \xc3\xbclesanne on fokuseerida kiirt t\xc3\xa4pile, mitte luua pilti proovist. Elektronikahuri abil saab luua suhteliselt v\xc3\xa4ikese l\xc3\xa4bim\xc3\xb5\xc3\xb5duga kiire, see t\xc3\xa4hendab, et SEM-iga saab t\xc3\xb6\xc3\xb6tada ka kondensor- v\xc3\xb5i objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tse abita, kuigi sellel juhul ei pruugi pilt olla v\xc3\xa4ga p\xc3\xbcsiv ja resolutsioon v\xc3\xb5ib j\xc3\xa4\xc3\xa4da v\xc3\xa4iksemaks._NEWLINE_Suurendust ei kontrollita SEM-is objektiivl\xc3\xa4\xc3\xa4tsede tugevuste, vaid skaneerivatele poolidele tekitatud voolu v\xc3\xb5i deflektorplaatidele rakendatud pinge abil.\n_START_SECTION_\nAberratsioonid\n_START_PARAGRAPH_\nElektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4tsedest tulenevaid aberratsioone on raske korrigeerida. Sf\xc3\xa4\xc3\xa4rilist aberratsiooni ja apertuuri difraktsiooni ei saagi kuidagi korrigeerida. Sf\xc3\xa4\xc3\xa4riline aberratsioon tekib, kui elektrone, mis asuvad kiire teljest kaugemal, m\xc3\xb5jutavad elektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4tsed rohkem ning need koonduvad teise punkti proovil, fookusesse tekib punkti asemel ketas. V\xc3\xa4ikeste apertuuride puhul toimub elektronide difraktsioon ning fookusesse tekib punkti asemel difraktsiooni muster. Kromaatilise aberratsiooni puhul koonduvad eri energiaga elektronid eri punktides. Fookusesse tekib ketas, see aberatsioon kaob elektronide kiirendustel \xc3\xbcle 10 kV. Saastunud apertuurid, as\xc3\xbcmmeetrilised elektromagnetl\xc3\xa4\xc3\xa4tsed ja muud mehaanilised vead v\xc3\xb5ivad tekitada as\xc3\xbcmmeetrilise elektronkiire, mille eri pooled koonduvad eri punktides. Seda aberratsiooni saab eemaldada stigmaatoriga. Stigmaatori parameetrite muutmine lisab n\xc3\xb5rga lisamagnetv\xc3\xa4lja elektronkiirele nii, et kiir oleks s\xc3\xbcmmeetrilisem ja fokuseeruks \xc3\xbches punktis.\n_START_SECTION_\nProovi ettevalmistamine\n_START_PARAGRAPH_\nK\xc3\xb5ikide uuritavate objektide m\xc3\xb5\xc3\xb5tmed tuleb eelnevalt viia vastavusse n\xc3\xa4idiste kambri omadega ja seej\xc3\xa4rel kinnitada hoolikalt proovihoidjale. SEM-i mitu mudelit v\xc3\xb5imaldavad proovi uurida \xc3\xbcle kogu 15\xc2\xa0cm paksuse pooljuhikihi ja m\xc3\xb5ni neist lubab nii suurt objekti kallutata kuni 45\xc2\xb0._NEWLINE_Skaneeriva elektronmikroskoobi \xc3\xbclesv\xc3\xb5ttel peavad n\xc3\xa4idised v\xc3\xa4hemalt oma pinnal elektrit juhtima ja lisaks olema maandatud, et v\xc3\xa4ltida staatilise elektri kogunemist._NEWLINE_Metallobjektide korral pole suuremat ettevalmistust tarvis, piisab vaid puhastamisest ja hoolikalt proovihoidjale kinnitamisest._NEWLINE_Mittejuhtivad n\xc3\xa4idised kipuvad elektronkiirega skaneerimisel laaduma, eriti kui kasutatakse sekundaarelektronidega \xc3\xbclesv\xc3\xb5tte re\xc5\xbeiimi. See tekitab skaneerimisvigu ja muid pildi ebat\xc3\xa4psusi. Nende v\xc3\xa4ltimiseks kaetakse proovid \xc3\xbcli\xc3\xb5hukese elektrit juhtiva materjalikihiga, kasutades v\xc3\xa4ikese h\xc3\xb5rendusega pinnakatmist v\xc3\xb5i suure h\xc3\xb5rendusega aurufaassadestust. Juhtivad kattematerjalid on t\xc3\xa4nap\xc3\xa4eval kuld, kulla ja pallaadiumi sulam, plaatina, osmium, iriidium, volfram, kroom ning grafiit. Lisaks v\xc3\xb5ib kate suurendada v\xc3\xa4ikese aatominumbriga proovide signaalitugevust, s\xc3\xb5ltuvalt suurema aatominumbriga materjalide sekundaarelektronide eraldumise kasvust.'