[분석장비] SEM, EDS 원리

EDS(EDX, EDAX)

: Energy Dispersive Spectrometer (Energy Dispersive X-ray microanalysis)

- X-ray를 활용한 원소분석기(정성/정량 분석)

- 전자를 만들어 낼 수 있는 장비에 장착하여 검출기 형태로 사용

  (SEM, TEM, FIB 등 공정 및 분석장비에 장착됨)

 

원리

1. 전류 인가에 의해 생성된 전지빔을 시료에 주사

2. 시료 내부 전자가 에너지를 흡수하여 들뜬 상태가 됨

3. 들뜬 전자가 안정화되면서 바닥상태로 내려오고 X선 방출

4. 방출된 X선의 에너지를 측정하여, 시료의 성분 분석

 

 

SEM (Scanning Electron Microscope)

전자빔을 시료표면에 주사하면, 전자빔이 충돌하여 발생한 이차전자, 반사전자, 투과전자, 전자기파를 검출 및 검출된 에너지를 3차원 영상으로 변환하여 시료표면의 형상 및 구조 관찰하는 전자현미경

* 이차전자(Secondary Electron) : 자유전자, 시료 표면에 전자빔을 충돌시킬 경우, 시료 내부의 전자가 에너지를 흡수하여 금속 바깥으로 방출됨

원리

- 전자총에서 전자 발생

- 수십 keV의 에너지로 가속

- 전자기렌즈로 집속

- 시료표면에 주사

- 검출기에서 SE(Secondary Electron)/BSE(Back Scattered Electron) 신호검출

- 증폭된 전류신호를 모니터와 동기화시켜 이미지 형성

 

정보

- Topography (물질의 표면 형상)

  : 물체의 미세구조와, hardness, reflectivity 등의 물성과 연관성 규명

- Morphology (물질의 구성 입자 형상 및 크기)

  : ductility, strength, reactivity 등 물성과 직접적인 관계 규명

 

특징

- 표면 형상 관찰

- 고진공 필요 (전자빔)

- 3차원 이미지

- 전도성 시료 사용

시료가 비전도성일 경우, 시료 표면에 전자가 누적되고 누적된 전자가 전자빔과 상호작용(반발력)하여 이차전자 발생 및 표면의 형상을 검출하기 어렵다 -> 금, 백금 등의 금속으로 코팅하는 과정 필요

 

전자총의 종류

	텅스텐 필라멘트	LaB6	쇼트키형 전계방출형	냉음극형 전계방출형
휘도	~10^5	~10^6	~10^7	~10^8
에너지 분산(eV)	1	1	0.3 ~ 1.0	0.2 ~ 0.3
빔 안정성	1	1	≤2	≤4
요구 진공도(pa)	~10^-3	~10^-5	~10^-7	~10^-8
방사원 크기	30~100um	5~50um	15~30nm	≤5nm
분해능	낮음	→		높음