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SEM(Scanning Electron Microscope)
1. SEM이란?
SEM은 주사전자 현미경으로서 고체 상태의 미세조직과 형상을 관찰하는데 매우 유용하게 사용되는 분석기기 중 하나이다. 기존의 광학현미경의 최대 확대배율은 1,500배이다. 이 값이상은 해상능(Resolution)이라고 하는 렌즈(빛)의 성질에 의해 제한을 받는다. 분해능 (Resolution)은 illumination system의 파장, 대안렌즈나 대물렌즈의 numerical aperture(NA)에 의해 결정된다. 이러한 관계는 Abbe에 의하여 수학적으로 R = 0.61 [λ]/NA로서 표시되었다. 따라서 1.4의 numerical aperture를 가진 대물렌즈를 사용하면 가시광선([λ]avg = 550nm)을 사용하는 광학현미경의 경우에는 0.2 ㎛이다. 즉 광학현미 경으로는 두 점 사이가 0.2㎛보다 가까운 거리는 구별할 수 없다는 이야기가 된다.
광학현미경의 이러한 단점을 극복하기 위해서 전자현미경이 개발된 것이다. 광학현미경의 작동원리나 한계에 대한 물리적 법칙들이 전자현미경에도 그대로 적용된다. 차이점은 유리렌즈 대신에 전자기렌즈를 사용하는 것과 빛의 파장이 다르다는 것뿐이다. 전자들…(생략)
2. SEM의 개발 역사
3. SEM의 작동 원리
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kin에 의해서 처음에 사용되었던 형광스크린과 Photomultiplier는 light pipe를 이용하여 개선되 었는데, light pipe는 scintillatior와 photomultiplier를 직접 광학적으로 연결하여 효율을 크게 높였다. 이러한 detector의 개선은 주로 T. E. Everhart 와 R. F. M. Thornley에 의 해서 개발되었는데, 따라서 이러한 detector 구성을 Everhart-Thornley detector라고 부 른다.
이후 케임브리지대학의 R. F. W. Pease 와 W. C. Nixon은 현재와 마찬가지로 전자총을 위쪽에 배열하여 전자기 렌즈, double deflection scan coil, stigmation coil, Everhart-Thornley detector을 모두 사용한 SEM V를 개발하였는데, 이것이 1965년에 개발된 시판용 전자현미경인 Cambridge Scientific Instruments Mark I의 토대가 되었 다. 이 첫번째 상업용 SEM은 분해능이 25nm, 배율 x20 - x50,000, field of view가 광 학현미경의 300배 정도로 획기적인 것이었다.
3. SEM의 작동 원리
전자현미경은 거의 빛의 속도로 이동하는 전자의 파동성을 이용한 전자가속기로서 전자 빔을 전자기렌즈를 이용하여 초점을 형성한다. 가속전압은 대개 60-100 keV이고 illumination source로서는 텅스텐으로 만든 filament를 사용하는데, 이를 전자총 (electron gun)이라고 부른다. 전자총에 고전압이 걸리면 filament가 2700 K까지 온도가 올라가서 filament의 끝부분에서 열전자(thermal electron)를 방출하게 된다.
이 방출된 열전자 혹은 전계전자(Field-emitted electron)들은 집광렌즈(con
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