TEM은 빠른 전자 빔을 사용하여 물체의 구조를 관찰하는 고급 현미경 기술입니다.
작동 원리:
TEM은 전자 광학 원리를 기반으로 하며, 빛보다 훨씬 짧은 파장의 전자를 이용하여 물체를 관찰합니다.
전자 총량 생성: TEM은 먼저 전자 광원에서 전자 빔을 생성합니다.
이때 열전자 방출 또는 필드발광 방식을 사용할 수 있습니다.
작동순서
-빔 조작: 생성된 전자 빔은 총량에 의해 광학적으로 조작되어 물체에 향하도록 조준됩니다.
-물체 투과: 전자 빔이 물체를 통과하면서 물체 내부 구조에 의해 산란되거나 흡수됩니다.
-이미지 생성: 산란되거나 흡수된 전자들은 물체의 구조 정보를 담은 이미지로 캡처되고,
이 이미지는 컴퓨터를 통해 해석되어 실제 크기와 세부 구조를 관찰할 수 있게 됩니다.
다음은 TEM의 장비 원리에 대해 상세하게 알아보겠습니다.
전자가 샘플을 투과하여 얻어진 정보를 통해 샘플을 관찰하는 장비입니다.
Electron beam (전자선)을 사용하여 샘플을 투과시킨 전자선을 렌즈로 확대하여 관찰하는 전자현미경입니다.
배율의 범위는 이전의 광학현미경과 SEM보다 훨씬 높은 100만배 비율까지 관찰이 가능합니다.
또한 투과한 전자들은 탄소(Carbon)같은 결정성 물질을 통과하였을 때 특정 각도로 회절하기 때문에 결정 구조를 파악하는데 사용이 가능합니다.
TEM은 고배율 관찰, 결정구조 관찰 등의 장점이 존재하지만 2D 이미지만 관찰할 수 있다는 단점도 존재합니다.
TEM은 렌즈와 렌즈 사이에 위치시킵니다.
이때, Anode바로 아래에 위치하는 것이 Condenser lens (집광렌즈)
샘플 아래에 위치하는 것이 Objective lens (대물렌즈) 입니다.
Condenser lens(집광렌즈)는 Electron gun (전자총)에서 나온 Electron beam을 모아주는 역할을 하고
Objective lens (대물렌즈)는 상을 맺게하는 역할을 하게 됩니다.
TEM의 측정은 크게 두가지의 상 대조를 통해 진행됩니다.
- Phase contrast (위상 대조) : Transmitted electron beam + Diffraction beam
- Scattering contrast (산란 대조) : Transmitted electron beam / Diffraction beam
위상 대조는 Transmiited electron beam과 Diffraction beam을 동시에 하여 원자스케일의 고해상도(Multi-beam lattice image)를 갖게 됩니다.
[KOR] [상식] 현미경과 망원경
현미경의 종류: 광학 현미경(Optical microscope): 광을 이용하여 샘플의 작은 세부 구조를 관찰하는데 사용되는 현미경입니다. 이 종류의 현미경에는 조경형, 소비형, 투과형, 반사형 등 다양한 유형
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이때의 Phase contrast (위상 대조)를 활용하여 이미지를 형상화 시키는 분석이 HRTEM (High Resolution TEM)입니다.
반면에 산란 대조는 위상 대조와 달리 Transmitted electron beam과 Diffraction beam을 독립적으로 활용합니다.
이를 통해 Bright field image와 Dark field image를 얻어낼 수가 있습니다.
여기서 Bright field image는 Transmitted electron beam을 통해서 Dark field image는 Diffraction beam을 통해서 얻어집니다.
Kikuchi map 에 대해서 간단히 설명드리겠습니다.
Electron beam이 두꺼운 샘플을 투과할 경우, 결정면에 탄성적 회절면에 의한 '점회절상'을 만들면서 통과하게 됩니다.
이때 전자나 핵을 손상시키게 되어 원자가 파손되었다가 다시 살아나면서 Kikuchi line이 형성됩니다.
Kikuchi line은 원점과 회절점 사이에 이루는 간격만큼 밝고 어두운 부분이 명확한 평행선을 유지하게 됩니다.
Kikuchi map은 이러한 Kikuchi line을 전체적으로 표현한 것을 뜻하며 이 Kikuchi map을 통해 결정의 결함(defect)이나
결정 구조 발달을 정확하게 측정할 수가 있습니다.
또한 TEM을 통해서 샘플의 두께도 측정할 수가 있습니다.
이때 사용되는 원리는 수렴성 빔전자회절 (CBED, Convergent beam electron diffraction)를 사용합니다.
수렴성 빔전자회절 (CBED)에 의해 명암이 다른 띠가 일정한 두께로 형성됩니다.
이때의 띠는 샘플의 두께에 따라 개수가 달라지기 때문에 이를 활용하여 두께를 측정할 수가 있습니다.
[ENG] [Tech.] SEM & EDS
[ENG] [Tech.] SEM & EDS =====SEM & EDS===== SEM (Scanning Electron Microscopy) is a scanning electron microscope and EDS (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) is an X-ray spectroscopic analyzer. SEM can take high-esolution images, and EDS can determine th
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응용 분야: TEM은 다양한 과학 분야에서 활용되고 있으며, 주로 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.
재료과학: 나노구조물, 결정 구조, 결함 분석 등의 재료 연구에 사용됩니다.
생물학: 생체 조직, 세포 구조, 단백질 분자 등의 생물학적 연구에 적용됩니다.
나노과학 및 나노테크놀로지: 나노 물질 및 나노기술 연구에 활용되며, 나노 레벨의 특성을 분석합니다.
고분해능 분석: 원자 수준의 고해상도 구조 분석을 위해 사용됩니다.
환경과학: 환경 오염 물질 분석 등에 활용됩니다.
TEM은 이러한 다양한 분야에서 높은 해상도와 높은 분석 능력을 제공하여 다양한 연구와 응용에 기여하고 있습니다.
2023.04.17 - [공학,과학] - [KOR] [Tech.] SEM & EDS
[KOR] [Tech.] SEM & EDS
[KOR] [Tech.] SEM & EDS =====SEM & EDS===== SEM(Scanning Electron Microscopy)은 전자주사현미경, EDS(Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy)는 X선 분광 분석기입니다. SEM은 높은 해상도의 이미지를 촬영할 수 있으며, EDS는 물
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[관련용어]
전자 총(Electron Gun):
TEM의 핵심 부품 중 하나로, 전자를 생성하는 장치를 말합니다. 주로 열전자 방출 또는 필드발광 원리를 사용하여 전자를 생성합니다.
샘플 또는 시료 (Sample):
TEM으로 관찰하고자 하는 물체 또는 물질을 가리킵니다. 이 샘플은 매우 얇은 조각으로 만들어져야 하며, TEM에서 전자 빔을 통과시킬 수 있어야 합니다.
Electron Diffraction:
TEM에서 전자 빔이 물체 내부의 원자들과 상호작용하여 산란되는 현상을 말합니다. 이 산란 패턴은 물체의 구조 정보를 제공하는데 사용되며, 결정 구조를 분석하는 데에도 활용됩니다.
카메라 (Camera):
TEM에서 산란된 전자들을 캡처하여 이미지로 변환하는 장치를 말합니다. 카메라는 전자 산란 이미지를 컴퓨터로 전송하여 해석하고 저장하는 역할을 합니다.
STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy):
TEM의 한 종류로, 전자 빔을 표본 위에서 스캔하여 고해상도 이미지를 얻는 기술입니다. TEM과 달리 훨씬 더 세밀한 영역을 분석할 수 있습니다.
EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy):
TEM과 결합하여 사용되는 분석 기술로, 전자 빔이 샘플과 상호작용하면서 방출되는 X-선의 에너지를 분석하여 샘플의 화학 조성을 알아내는데 사용됩니다.
산란 전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM): TEM과는 다른 현미경으로, 표본 표면에 떨어진 전자들의 산란을 이용하여 이미지를 생성하는 현미경입니다. 표본의 표면 형태를 관찰하는 데 주로 사용됩니다.
전자 투명 (Electron Transparent): TEM에 사용되는 샘플은 전자 빔이 쉽게 투과할 수 있는 두께로 얇게 만들어져야 합니다. 이런 샘플을 "전자 투명"하다고 표현합니다.
역산란 (Reverse Scattering): TEM에서 샘플의 두께와 결정 구조에 의해 발생하는 산란 현상을 의미합니다. 역산란을 분석함으로써 샘플의 구조와 두께를 알아낼 수 있습니다.
Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS:
TEM에서 전자가 샘플을 통과할 때 에너지를 잃는 현상을 분석하는 기술입니다. 이를 통해 원자의 특성과 화학적 성질을 파악할 수 있습니다.
디텍터 (Detector): TEM에서 전자 산란 또는 전자 비행 시간을 측정하는데 사용되는 장치입니다. 이미지를 캡처하거나 산란된 전자를 검출하는 역할을 합니다.
Electron Diffraction Lens: TEM에서 전자를 조사하고 산란시키는 역할을 하는 렌즈입니다. 전자 굴절자를 조작하여 전자 빔의 집중도와 방향을 제어합니다.
엘리미네이션 (Elimination): TEM 이미지에서 불필요한 배경이나 잡음을 제거하는 과정을 말합니다. 이미지의 해석을 개선하기 위해 사용됩니다.
Electron Holography: TEM에서 산란된 전자의 위상 정보를 이용하여 샘플의 전자 굴절을 복원하는 기술입니다. 나노스케일의 전자 굴절 현상을 연구하는 데에 활용됩니다.
진공 (Vacuum): TEM에서 전자 빔이 샘플과 상호작용하기 전, 주변 환경을 진공으로 유지합니다. 이는 전자의 산란과 흡수를 방해하지 않기 위함입니다.
격자상 (Lattice): 결정 구조를 갖는 물체의 원자들이 형성하는 기하학적 패턴 또는 격자 구조를 말합니다. TEM 이미지에서 격자상은 결정 구조의 특성을 시각적으로 파악하는 데에 도움을 줍니다.
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