Aprendamos un poco sobre la microscopía electrónica de barrido (MEB)

Hola apreciada comunidad científica de @steemstem y @stem-espanol en esta ocasión quiero mostrarles un equipo usado para la caracterización en semiconductores, dicho equipo o dispositivo no se usado solo para estudiar compuestos semiconductores. Esta herramienta también se usa en otros campos de la ciencia, como por ejemplo: química, geología y la biomédica y por supuesto en la física ya que con este aparato podemos observar de manera muy detallada cómo se forman estos compuestos, su tamaño, textura, relieve, forma y composición del grano y todo esto se realiza por medio técnica de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB).

^{Microscopio electrónico de barrido (MEB) Imagen bajo licencia Creative Commons-autor: Stéphane}

El principio básico de esta técnica consiste principalmente, en enviar un haz de electrones sobre la muestra que se desea analizar a través de un detector que registra el resultado de esta interacción. El haz se desplaza sobre la muestra del material, luego procede a realizar un barrido X e Y de tal modo que la posición en la que se encuentra el haz en cada momento coincide con la aparición de luz, proporcionalmente a la señal que esta emite en un determinado punto de una pantalla. Las imágenes de la superficie de la muestra semiconductora que se obtienen en el MEB con gran grado de detalle y profundidad de foco corresponden a electrones secundarios o electrones retrodispersados emitidos tras la interacción con la muestra de un haz incidente.

^{Esquema de la configuración del MEB}

El SEM nos da una imagen ampliada de la parte superior del compuesto, cada vez que los electrones inciden en la muestra, la pantalla puede ampliar hasta 200,000 veces la imagen cercana del objeto, y es por eso que podemos ver de cerca cómo es textura en la superficie de la misma, este microscopio tiene una resolución de 10nm y una profundidad de foco de 10 mm, es mucho más pequeño que otros microscopios, esto produce imágenes tridimensionales de muy alta resolución.

A diferencia de otros microscopios como el óptico y la transmisión, el SEM usa un haz de electrones en lugar de un haz de luz para formar la imagen, por lo que actualmente es el más utilizado para realizar estudios morfológicos y composición de materiales.

En Venezuela, usamos mucho este tipo de aparatos para la caracterización de diferentes materiales, en el Instituto Venezolano de Investigación Científica (IVIC) la microscopia electrónica de barrido se practica casi a diario, de igual forma en otros laboratorios de diferentes universidades (LUZ y ULA). En las instalaciones se cuenta con un microscopio moderno en el que se investiga el carácter morfológico de diferentes materiales, el microscopio consta de las siguientes partes:

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• El equipo presenta un moderno sistema para visualizar las imágenes, que sería el tubo de rayos catódicos.

• Sistema de vacío.

• Sistema de refrigeración

• Sistema de energía eléctrica para que el MEB pueda funcionar correctamente sin fallas de energía.

• Un programa para registrar las imágenes o fotos de los materiales caracterizados, también registra vídeos de la microestructura de los materiales.

• Portamuestra, con un giro de 360 ​​grados para detectar diferentes ángulos de los materiales.

• Sistema óptico-electrónico, que genera el haz que se mueve sobre la muestra del material.

• Un sistema para detectar las señales con el haz de electrones afecta la muestra, para luego reflejar la imagen de los materiales que se caracterizarán.

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Funcionamiento

Este equipo consiste básicamente en uno cubierto con una fina capa de carbono, esto se hace con el propósito de que el dispositivo tenga propiedades eléctricas en la muestra, es decir, es un conductor, seguido por el escaneo de la muestra del compuesto. para ser caracterizado, donde los electrones son expulsados ​​a través de un cañón, el detector mide la cantidad de electrones que afectan el compuesto y es similar al equipo de difracción de rayos X, esto muestra un registro de intensidades en la muestra. Desde aquí finalmente grabo todos los datos suministrados en el equipo y obtenemos una imagen de alta calidad donde pudimos observar mediante una micrografía la capa superior del material.

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Detectores de imagen MEB

Detector secundario:

Esto ofrece una imagen de la superficie del material o muestra en blanco y negro, le da una imagen mucho más real de dicha superficie, se genera mediante la emisión de electrones de valencia de los átomos de la muestra, que a su vez se excitan y producen una imagen topográfica de la superficie del material.

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Detector de electrones retrodispersados:

A diferencia del detector de electrones secundarios, ofrece una imagen de la superficie de la muestra pero con una resolución menor, está formado por los electrones que salen de la muestra, esto depende del número atómico de los materiales que se van a caracterizar, es decir, el mayor número atómico del material mayor intensidad.

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Descripción de imágenes del SEM

Como se mencionó anteriormente, el SEM nos proporciona imágenes en 3D de alta calidad, imágenes que nos proporcionan información sobre la superficie, la topografía y la composición de los materiales, para ellos se utilizan los detectores antes mencionados, todos con una función específica que depende del material que quieres observar o caracterizar

Su utilidad es muy importante porque a través de ellos podemos observar la morfología de los materiales, cómo se formaron en el momento de ser sintetizados, muestran características únicas de cada material, por ejemplo en un compuesto semiconductor si tenemos el material y lo que queremos hacer con nanotubos, podemos observar estos nanotubos incrustados de una manera muy simple por medio de este dispositivo y eso nos ayuda a confirmar que el crecimiento se realizó correctamente.

^{Nanotubo de Carbono Flickr-autor: Aline de Oliveira}

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Algunas aplicaciones

Se utiliza para todo tipo de caracterización de materiales como:

Semiconductores, polímeros, dispositivos electrónicos, catalizadores, alimentos, materiales húmedos y materiales líquidos, biológicos, en la ingeniería petrolera y metalúrgica, biomateriales, fármacos, botánica y muchos más.

Beneficios

Ayuda a identificar correctamente la composición de los materiales, observar muestras antes de la preparación y ver si tiene alguna oxidación que pueda causar algún daño en su crecimiento, identificar composiciones morfológicas extrañas, comportamiento al momento de analizar una muestra porque es causada, combinación de diferentes detectores pueden amplificar más imágenes de los materiales a diferencia de la microscopía óptica o la transmisión.

En próximos post seguiré explicando del maravilloso mundo de la física de los materiales..

Muchas gracias por su lectura...!!!

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^{Créditos @stem-espanol}