scanning electron microscopy (sem)
Post on 08-Apr-2016
71 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)
A. Sejarah SEM
SEM pertama kali diperkenalkan di Jerman (1935) oleh M. Knoll.Konsep standar
dari SEM modern dibangun oleh von Ardenne pada tahun 1938 yang ditambahkan scan
kumparan ke mikroskop elektron transmisi.Desain SEM dimodifikasi oleh Zworykinpada
tahun 1942 ketika bekerja untuk RCA Laboratories di Amerika Serikat.Desain kembali
direkayasa oleh CW pada tahun 1948 seorang profesor di Universitas Cambridge.Sejak
itu,semakin banyak bermunculan kontribusi signifikan yang mengoptimalkan
perkembangan modern mikroskop elektron.
B. Pengertian SEM(Scanning Electron Microscopy)
SEM adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas
elektron untuk menggambar profil permukaan benda.
SEM memiliki resolusi yang lebih tinggi dari pada mikroskop optik. Hal ini
disebabkan oleh panjang gelombang de Broglie yang dimiliki elektron lebih pendek
daripada gelombang optik. Makin kecil panjang gelombang yang digunakan maka makin
tinggi resolusi mikroskop. Panjang gelombang de Broglie elektron adalah λ=h/p, dengan
h konstanta Planck dan p adalah elektron. Momentum elektron dapat ditentukan dari
energi kinetik melalui hubungan K=p2/2m, dengan K energi kinetik elektron dan m adalah
massanya.
Dalam SEM berkas elektron keluar dari filamen panas lalu dipercepat pada
potensial tinggi V. Akibat percepatan tersebut, akhirnya elekton memiliki energy kinetik
K=eV. Dengan demikian kita dapat menulis momentum electron sebagai p= ,
dan panjang gelombang de Brogile λ= h/ ,. Umumnya tegangan yang
digunakanalah puluhan kilovolt. Sebagai ilutrasi, misalkan SEM dioperasikan pada
tegangan 20 kV maka panjang gelombang de Broglie elektron sekitar 9 × 10-12 m.
SEM (Scanning Electron Microscope) adalah salah satu jenis mikroskop electron yang
menggunakan berkas electron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material
yang dianalisis.
C. Prinsip Kerja SEM
Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas
elektron bernergi tinggi.Permukaan benda yang dikenai berkas akan memantulkan
kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder ke segala arah. Tetapi ada
satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Detektor di dalam SEM
mendeteksi elektron yang dipantulkan dan menentukan lokasi berkas yang dipantulkan
dengan intensitas tertinggi. Arah tersebut memberi informasi profil permukaan benda
seperti seberapa landai dan ke mana arah kemiringan.
Pada saat dilakukan pengamatan, lokasi permukaan benda yang ditembak dengan
berkas elektron di-scan ke seluruh area daerah pengamatan. Kita dapat membatasi lokasi
pengamatan dengan melakukan zoon-in atau zoom-out. Berdasarkan arah pantulan berkas
pada berbagai titik pengamatan maka profil permukan benda dapat dibangun
menggunakan program pengolahan gambar yang ada dalam komputer.
Gambar 1 Dalam SEM berkas elektron bernergi tinggi EM memiliki resolusi yang lebih
tinggi mengenai permukaan material. Elektron pantulan dan elektron sekunder
dipancarkan kembali dengan sudut yang bergantung pada profil permukaan material.
Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam adalah permukaan benda
harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder ketika
ditembak dengan berkas elektron. Material yang memiliki sifat demikian adalah logam.
Jika permukaan logam diamati di bawah SEM maka profil permukaan akan tampak
dengan jelas.
Agar profil permukaan bukan logam jelas dengan SEM maka permukaan material
tersebut harus dilapisi dengan logam.Film tipis logam dibuat pada permukaan material
tersebut sehingga dapat memantulkan berkas elektron. Metode pelapisan yang umumnya
dilakukan adalah evaporasi dan sputtering .
Gambar 2 permukaan isolator perlu dilapisi logam agar dapat diamati dengan jelas
dibawah SEM
Pada metode evaporasi, material yang akan diamati permukaanya ditempatkan
dalam satu ruang (chamber) dengan logam pelapis. Ruang tersebut dapat divakumkan dan
logam pelapis dapat dipanaskan hingga mendekati titik leleh. Logam pelapis diletakkan
di atas filamen pemanas. Mula-mula chamber divakumkan yang dikuti dengan
pemanasan logam pelapis. Atom-atom menguap pada permukaan logam. Ketika sampai
pada permukaan material yang memiliki suhu lebih renda, atom-atom logam
terkondensasi dan membetuk lapisan film tipis di permukaan material. Ketebalan lapisan
dapat dikontrol dengan mengatur lama waktu evaporasi. Agar proses ini dapat
berlangsung efesien maka logam pelapis yang digunakan harus yang memiliki titik lebur
rendah. Logam pelapis yang umumnya digunakan adalah emas.
Gambar 3.1 Partikel(3 μm )
Gambar 3.2 Nanotube(1 μm)
Gambar 3.3 Partikel yang terorganisasi(300 nm)
Prinsip kerja sputtering mirip dengan evaporasi. Namun sputtering dapat
berlangsung pada suhu rendah (suhu kamar) Permukaan logam ditembak dengan ion gas
berenergi tinggi sehingga terpental keluar dari permukaan logam dan mengisi ruang di
dalam chamber. Ketika mengenai permukaan sample, atom-atom logam tersebut
memmebtuk fase padat dalam bentuk film tipis. Ketebalan lapisan dikontrol dengan
mengatur lama waktu sputtering. Pada saat pengukuran dengan SEM, lokasi di
permukaan sample tidak boleh terlalu lama dikenai berkas. elektron yang berenergi tinggi
pada berkas dapat mencabut atom-atom di permukaan sample sehingga permukaan
tersebut akan rusak dengan cepat. Film tipis di permukaan sample akan menguap dan
kembali menjadi isolator. Akhirnya bayangan yang terekam tiba-tiba menjadi hitam.
D. Gambar Instrumen SEM
E. Keunggulan dan Kekurangan SEM
Keunggulan
Daya pisah tinggi
Dapat ditinjau dari jalannya berkas media, SEM dapat digolongkan dengan optik
metalurgi prinsip refleksi, yang diarti sebagai permukaan spesimen yang
memantulkan berkas media.
Menampilkan data permukaan spesimen
Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
lapisan yang tebalnya sekitar 20 mikro meter dari permukaan. Sinyal lain yang
penting adalah back scattered elektron yang intensitasnya bergantung pada nomor
atom, yang unsurnya menyatakn permukaan spesimen. Dengan cara ini diperoleh
gambar yang menyatakan perbedaan unsur kimia yang lebih tinggi pada nomor
atomnya. Kemampuannya yang beragam membuat SEM popular dan luas
penggunaannya, tidak hanya dibidang material melainkn juga dibidang biologi,
pertanian, kedokteran, elektronika, mikroelektronika dan lain-lain.
Kemudahan penyiapan sampel
Spesimen untuk SEM dapat berupa material yang cukup tebal, oleh karena
itu penyiapannya sangat mudah. Untuk pemeriksaan permukaan patahan (fraktografi),
permukaan diusahakan tetap seperti apa adanya, namun bersih dari kotoran, misalnya
debu dan minyak. Permukaan spesimen harus bersifat konduktif. Oleh karena itu
permukaan spesimen harus bersih dari kotoran dan tidak terkontaminasi oleh
keringat.
Ukuran sample yang relatif besar Rentang perbesaran yang luas: 3X -150,000X
Kekurangan
Dibanding TEM resolusinya lebih rendah Digunakan vakum Hanya permukaan yang teramati Diperlukan coating dg Au
Membrane Sic (Perbesaran 50 X)
Membrane Sic (Perbesaran 200 X)
Ceramic Foam(Perbesaran 20 X)
Ceramic Foam(Perbesaran 100 X)
Ceramic Foam(Perbesaran 500 X)
Ceramic Foam(Perbesaran 2000 X)
Ceramic Foam(Perbesaran 5000 X)
F. Aplikasi SEM
Proses pembuatan komposit polimer superabsorben dimulai dengan proses
intercalating monomer acrilamida dengan struktur permukaan mineral zeolit alam yang
komponen utamanya silikat. Mineral alam mempunyai struktur pori-pori permukaan yang
dapat dibuka atau diaktifkan sehingga memungkinkan molekul monomer dapat masuk
dalam struktur tersebut. Campuran monomer dengan mineral lokal kemudian diiradiasi
dengan Mesin Berkas Elektron sehingga terjadi polimerisasi simultan seperti ditunjukkan
pada:
Gambar 3. Proses Pembuatan KompositPolimer Superabsorben
Gambar 4 menunjukkan hasil analisisSEM pada sampel komposit superabsorben
poliacrilamida-zeolit.
top related