Microscopio elettronico a scansione

M von Ardenne, primo SEM
Un cristallo di neve individuato al microscopio elettronico a scansione all'interno di un fiocco di neve. In secondo piano si intravedono altri cristalli tra loro sovrapposti e orientati secondo piani differenti

Il microscopio elettronico a scansione, comunemente indicato con l'acronimo SEM dall'inglese Scanning Electron Microscope, è un tipo di microscopio elettronico.

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FunzionamentoModifica

Il microscopio non sfrutta la luce come sorgente di radiazioni, ma un fascio di elettroni primari focalizzati che colpiscono il campione. Il fascio primario non è fisso, ma viene fatto scandire: viene cioè pilotato in sequenza, punto dopo punto, riga dopo riga, su una piccola zona rettangolare del campione. Nell'interazione tra il fascio primario e gli atomi costituenti il campione, vengono emesse numerose particelle, fra le quali gli elettroni secondari.

Questi elettroni sono catturati da uno speciale rivelatore e convertiti in impulsi elettrici che vengono inviati in tempo reale, ad uno schermo (un monitor) dove viene eseguita simultaneamente una scansione analoga. Il risultato è un'immagine in bianco e nero ad elevata risoluzione e grande profondità di campo, che ha caratteristiche simili a quelle di una normale immagine fotografica. Per questa ragione le immagini SEM sono immediatamente intelligibili ed intuitive da comprendere. Il microscopio elettronico a scansione può ottenere immagini che appaiono quasi tridimensionali anche di oggetti relativamente grandi (come un insetto).

Il potere di risoluzione di un normale microscopio elettronico SEM a catodo di tungsteno si aggira intorno ai 5 nm, ma alcuni modelli arrivano a 1 nm. Il campione è sotto alto vuoto (10−5 Torr) poiché l'aria impedirebbe la produzione del fascio (data la bassa energia degli elettroni), e deve essere conduttivo (oppure metallizzato), altrimenti produce cariche elettrostatiche che disturbano la rivelazione dei secondari.

Gli altri segnali emessi dal campione in seguito all'eccitazione del fascio sono: elettroni retrodiffusi (fenomeno di backscattering), raggi X, elettroni channelling, catodoluminescenza, correnti indotte dal fascio e per alcuni tipi di campioni, anche elettroni trasmessi. Questi segnali possono essere rivelati da specifici rivelatori e sono usati in numerose tecniche di misura: spettroscopia EDX (energy dispersive X-ray microanalisys), catodoluminescenza, EBIC, channelling patterns, ecc.

I moderni SEM dispongono anche di nuove, innovative, modalità di funzionamento, utili per determinate applicazioni: con il SEM a pressione variabile (low vacuum) per esempio si riescono ad analizzare anche campioni biologici non metallizzati o isolanti. Con il cosiddetto "Environmental SEM" inoltre si possono controllare e modificare anche i valori di pressione, temperatura e umidità. Questo rende possibile analizzare anche campioni estremamente delicati con un alto grado di idratazione o addirittura liquidi.

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