FESEM Feiten en Vragen

Wat betekent het woord FESEM?

FESEM is de engelstalige afkorting voor Field Emission Scanning Electron Microscope. Scanning en transmissie electronen microscopen (SEM en TEM) gebruiken als bron voor de beeldvorming electronen (negatief geladen deeltjes), in tegenstelling tot lichtmicroscopen (LM). Deze electronen worden in een FESEM met behulp van een veldemissie bron (Field emission source) vrijgemaakt. Het preparaat wordt volgens een soort zig-zag (scanning) patroon afgetast door een bundel electronen.
Zoom in op een schema van de stralengang in een lichtmicroscoop (LM), een transmissie electronen microscoop (TEM) en en een scanning electronen microscoop (SEM) (Oorspronkelijke zwart en wit tekeningen zijn van Jeol; gebruikt met toestemming).

Wat doe je met een FESEM?

Met een FESEM kan men hele kleine details op de oppervlakte of breukvlakken van objecten zichtbaar maken. Onderzoekers in de biologie, scheikunde en natuurkunde gebruiken deze techniek om structuren te bekijken die zo klein kunnen zijn als 1 nanometer (=een miljoenste millimeter). De FESEM wordt bijvoorbeeld ingezet in studies over organellen en kernmateriaal in cellen, synthetische polymeren, en coatings op microchips. Het microscoop dat als voorbeeld gediend heeft voor de virtuele FESEM is een Jeol 6330 dat gekoppeld is aan een speciale vriesbreekeenheid (Oxford Ato). Deze echte FESEM staat bij de afdeling Gemeenschappelijk Instrumentarium van de Radboud Universiteit Nijmegen.

Hoe werkt een FESEM?

Electronen worden uit een veldemissie bron vrijgemaakt en in een hoge spanningsveld versneld. Deze zogenaamde primaire elektronen worden in een kolom onder vacuum via elektronische lenzen tot een bundel gefocusseerd en volgens een scanpatroon punt voor punt op het object gebombardeerd. Ten gevolge van de "elektronen hagel" worden secundaire elektronen aan de oppervlakte van het monster losgeslagen. Hoe kleiner de invalshoek van de elektronenbundel is ten opzichte van de oppervlakte van het geraakte puntje in het monster en hoe hoeger dit puntje ligt, des te meer secundaire elektronen in staat zullen zijn om dedetector tebereiken en des te lichter dit puntje na elektronische singaalversterking en digitalisering in het eindbeeld zal verschijnen. Ook de samenstelling van het monster heeft invloed op het aantal vrijkomende elektronen an daarmee op de 'grijswaarde' van de overeenkomende pixel in het eindplaatje. (Uiteraard is de positie van plekken in het monster ten opzichte van de detector van grote invloed op de sterkte van het signaal, maar voor deze afstandsfactor wordt gecompenseerd). Het detecteren van de secundaire elektronen resulteert in een soort drie-dimensionele schaduwweergave van de oppervlakte van het monster.
Om te voorkomen dat elektronen die niet door de detector worden opgevangen als een wolk rond het monster zouden blijven zweven en het beeld zouden vertroebelen, worden SEM preparaten vooraf bedekt met een heel dun laagje geleidend materiaal, bijv. goud-palladium of koolstof of platina, om de afvoer van overtollige elektronen te bewerkstelligen.

Hoe ziet een FESEM eruit?

Een cryo-FESEM ziet eruit als een ruime bureau tafel waarop een cylindrische kolom gemonteerd is en waarachter pompen en leidingen te vinden zijn. De kolom (1) herbergt bovenaan de bron die elektronen genereert en daaronder elektro-magnetische lenzen waarmee de elektronenbundel gericht kan worden. Pompen en buizen zorgen ervoor dat het vacuum binnen het instrument bewerkstelligd wordt. Koeleenheden zorgen ervoor dat de temperatuur in de vrieseenheid (cryo-eenheid) ver onder nul te regelen is. De microscoop wordt bestuurd vanuit het bedieningspaneel (2; op tafel). Een trouwe kopie van dit paneel is gebruikt voor de simulaties. Aan de linkerkant van de kolom bevindt zich de cryo-eenheid met een binoculair (3). Aan de voorkant, onder de kolom steekt de sluisingang (4) uit waardoor het object in het hoog-vacuum gedeelte ingebracht kan worden bij conventionele (niet cryo) scanning microscopie. Op een groot beeldscherm (5) zie je het object terwijl het gescand wordt. Het klein beeldscherm (6) dient om de objecthouder binnen de objectkamer te controleren. Rechts staat de computer voor beeldverwerking (7). Onder het bureaublad bevinden zich kastjes met (VEEL) electronica (8). Op de achtergrond hoor je het gepruttel en gerommel (wav of mp3 geluid) van de pompen die het vacuum in de kolom onderhouden en het gesis van de dampende stikstof voor de vrieseenheid en koeling van de kolom (geluid van het tappen van vloeibaar stikstof in wav (388KB) of mp3 (87KB)).

Wikipedia pagina over elektronenmicroscopie