Interacciones Electrones-Muestra
De
Electron-Sample Interactions--Darrell Henry, Louisiana State University
Fecha de Publicación Inicial: 16 de marzo de 2007
Los electrones acelerados sobre un material producen diversas interacciones con los átomos de la muestra
impactada. Los electrones acelerados pueden atravesar la muestra sin interacción, sufrir dispersión elástica y dispersarse inelásticamente (Figura 1). Las
dispersiones elástica e inelástica
generan diversas señales y rayos X que se utilizan para la
obtención de imágenes e información cuantitativa y
semicuantitativa de la muestra objetivo. Las señales típicas utilizadas para la obtención de imágenes incluyen electrones secundarios (SE), electrones retrodispersados (BSE), catodoluminiscencia (CL), electrones
Auger y rayos X característicos. Los análisis
cuantitativos y semicuantitativos de materiales, así como
el
mapeo de elementos, utilizan rayos X característicos
(mediante WDS y EDS). La radiación de frenado (bremsstrahlung) es un
espectro continuo de rayos X desde bajas
energías hasta la energía máxima del haz de electrones
(límite Douane-Hunt) y forma un fondo
(en un diagrama de Intensidad vs Energía/longitud de onda)
sobre el que se posicionan los rayos X característicos (picos
con longitud de onda/energía característica). Además, los rayos X generados a partir del material objetivo se utilizan como fuente de energía de longitud de onda fija para difracción de rayos X (XRD) y fluorescencia de rayos X (XRF).
En el SEM o EPMA, los electrones con los que se bombardea la muestra
tienen una energía típicamente en el rango de 5 a 30 keV, que se disipa
en interacciones de diversos tipos con los electrones ligados y la red
cristalina,
conocidas colectivamente como "dispersión inelástica". Las pérdidas
individuales de energía son generalmente pequeñas, por lo que asumir que
el electrón desacelera suavemente en función de la distancia recorrida
es una aproximación razonable. La tasa de pérdida de energía (poder de
frenado) depende de las propiedades físicas del material del objetivo,
fundamentalmente su densidad.
Tipos de interacciones entre electrones y la muestra. Dependiendo de la energía incidente del haz de electrones, se emiten diversos electrones (secundarios y retrodispersados), rayos X (característicos y de frenado), luz (catodoluminiscencia) y calor (fonones). Varias de estas interacciones se utilizan para la obtención de imágenes
y el análisis semicuantitativo y/o cuantitativo.
Cuando un haz de electrones incide sobre la muestra, la dispersión de
electrones y la producción de rayos X se desarrollan en un
volumen (el volumen de interacción electrónica) que depende de varios
factores. Estos incluyen:
-
La energía del haz incidente (potencial de aceleración,
en eV o keV) aumenta el volumen de interacción, pero disminuye la
dispersión elástica (electrones dispersados).
-
El volumen de interacción disminuye en función del peso atómico medio
de la sustancia (más átomos pesados, menos volumen).
-
Se desarrollan volúmenes de interacción más pequeños y asimétricos en muestras inclinadas respecto al haz de electrones incidente.
Cada señal utilizada para la generación de imágenes o
datos se genera a partir de diferentes volúmenes de interacción electrónica y, a su vez, cada señal tiene una resolución de imagen o analítica diferente. Las imágenes
de electrones
Auger y secundarios ofrecen la mejor resolución
ya que se generan en el volumen más pequeño cerca de la superficie de la muestra. Los
electrones retrodispersados se generan en un volumen mayor, lo que resulta en imágenes de resolución intermedia. La
catodoluminiscencia se genera en un volumen aún más grande, incluso mayor que la radiación de frenado (Bremsstrahlung), lo que resulta en imágenes con
la resolución más baja.
Volumen de interacción electrónica en la muestra irradiada.
Cada una de las emisiones de electrones, rayos X y luz generadas tras la incidencia de un haz de electrones de alta energía se desarrolla a diferentes profundidades (volúmenes) dentro de la muestra. A su vez, el volumen de generación de la energía emitida controla la resolución espacial de la señal
(menor resolución a mayor profundidad de generación de la señal).
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