Corriente y diámetro del haz
La corriente de sonda es la intensidad de la corriente eléctrica del
haz, con valores posibles en el rango de 100 pA a 10 μA, aunque
típicamente en el rango de 1 a 500 nA dependiendo de las aplicaciones,
materiales y espectrómetros EDS vs. WDS. En EDS se trabaja normalmente con
corrientes de sonda bajas, de unos nA, y en EPMA con corrientes de sonda
de 10-20 nA. Altas
corrientes de sonda suponen muchos electrones acelerados a un voltaje
concreto (e.g., 15 kV), lo que supone, fundamentalmente, incrementar
sustancialmente las respuestas del volumen irradiado, incluyendo la
mayor emisión de fotones de RX en un volumen dado en un tiempo dado.
Las lentes electromagnéticas de la columna se utilizan para enfocar el
haz de electrones sobre el objetivo, con un diámetro de haz de
impacto final que varía de ~20 a ~500 nm (dependiendo del tipo de
fuente, el potencial de aceleración o voltaje y la corriente del haz,
aunque se puede desenfocar).
Las lentes también se utilizan para controlar la corriente de
electrones, es decir, el número de electrones entrantes por
sección de haz por unidad
de tiempo. La corriente de electrones se
puede estabilizar mediante dispositivos de regulación del haz.
Esto es
muy importante ya que la corriente debe estar regulada durante el tiempo
de análisis (o adquisición de imágenes).
La deriva de la corriente del haz en función del tiempo se debe
principalmente al movimiento de la punta del filamento, que puede
corregirse mediante bobinas de alineación del haz. Esta deriva es una
posible fuente de error en las sesiones automatizadas de análisis
cuantitativo de rayos X o de imágenes de RX elementales, que pueden
extenderse durante varias horas. La solución es utilizar un sistema de
regulación que ajuste continuamente las lentes del condensador para
mantener una corriente constante. Estos sistemas están más conseguidos
en EPMA que en SEM. Durante la adquisición de mapas de RX elementales,
se puede medir la corriente de sonda al inicio de cada línea para
normalizar las intensidades.
La corriente de sonda se mide en una "jaula (o copa) de Faraday", que consiste en un hueco
profundo en un bloque conductor sólido, preferiblemente hecho de un
material de bajo número atómico (por ejemplo, carbono) para minimizar la
retrodispersión, que bloquea el campo electromagnético externo de forma
que el campo eléctrico en su interior es nulo. Conectado a un
electrómetro que mide la corriente de los electrones secundarios y
retrodispersados, este dispositivo permite medir la corriente de la
sonda de electrones. Va montada generalmente en un brazo retráctil. Lo
que se mide es el número de iones (electrones) que golpean la jaula.
Para un haz continuo de iones (con 1 carga) o de electrones, el número
(N) de ellos que golpean la jaula viene dado por:
N = (I/e)*t
siendo I la corriente de sonda (A/s), e la carga del ión (electrón) = 1.60 × 10−19 C
(Coulombios), y t el tiempo (normalmente, se considera un segundo). Como
puede deducirse fácilmente, la relación N-I es lineal:
Número de electrones en función de la corriente de sonda.
La corriente máxima obtenible varía con el diámetro del haz. Para un haz de
diámetro determinado, se puede obtener más corriente disminuyendo la distancia de trabajo (posible
solo en microscopios electrónicos de barrido). El diámetro mínimo del haz que se
puede alcanzar con un microscopio electrónico de barrido (SEM) de alto
rendimiento suele ser de unos 2 nm (con fuente de emisión de campo), pero es mayor en el caso de EPMA.
Corriente vs diámetro del haz utilizando diferentes tipos de fuente de
electrones: W, filamento de tungsteno; LaB6, hexaboruro de lantano; y
FE, emisión de campo.
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