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Actas Volumen 10291, Caracterización de materiales y técnicas de sondeo óptico: A Critical Review; 102910B (1997) https://doi.org/10.1117/12.279839Event: Optical Science, Engineering and Instrumentation ’97, 1997, San Diego, CA, Estados Unidos
El microscopio electrónico de barrido (SEM) puede utilizarse para estudiar y caracterizar una amplia variedad de materiales utilizados en aplicaciones fotónicas. Éstos van desde muestras altamente conductoras hasta materiales aislantes. Esta versátil herramienta se utiliza con varias técnicas diferentes. Entre ellas se encuentran las imágenes de electrones secundarios, las imágenes de electrones retrodispersados, el análisis de rayos X (tanto cualitativo como cuantitativo), los patrones de canalización de electrones para el estudio de materiales cristalinos, las técnicas de recogida de cargas para muestras de semiconductores y la catodoluminiscencia. Estas técnicas se describirán aquí con ejemplos de aplicaciones. Además, se discutirán las interacciones electrón-materia, así como los principios básicos de funcionamiento del microscopio electrónico de barrido.
El primer paso de una evaluación científica es observar a fondo la forma del material. Para ello, disponemos de una lupa o un microscopio óptico. Pero, mientras se utilice la luz, no podemos ver nada más pequeño que la longitud de onda de la luz y, por tanto, observar una nanoestructura es extremadamente difícil.
El microscopio electrónico de barrido (SEM) que se presenta aquí utiliza un haz de electrones cuya longitud de onda es más corta que la de la luz y, por tanto, es posible observar una estructura de hasta varios nm de escala.
El microscopio electrónico de barrido, que se utiliza en diversos campos como la medicina, la biología, los metales, los semiconductores y la cerámica, está ampliando sus fronteras de aplicación. Con la combinación de abundantes accesorios y dispositivos, su capacidad se está ampliando. El microscopio electrónico de barrido está considerado como una de las herramientas más potentes que se utilizan en los institutos de I+D y en los centros de inspección de control de calidad de todo el mundo.
El microscopio electrónico de barrido (en adelante, “SEM”) permite observar con claridad estructuras superficiales muy pequeñas, lo que no es posible con un microscopio óptico (en adelante, “OM”). Además, como puede proporcionar imágenes con mayor profundidad focal, permite observar imágenes tridimensionales, con un sentido similar al que se tiene cuando se observa una sustancia a simple vista, al ampliar la superficie del espécimen que tiene una estructura rugosa.
SEM significa microscopio electrónico de barrido. El SEM es un microscopio que utiliza electrones en lugar de luz para formar una imagen. Desde su desarrollo a principios de los años 50, los microscopios electrónicos de barrido han desarrollado nuevas áreas de estudio en las comunidades médica y de ciencias físicas. El MEB ha permitido a los investigadores examinar una variedad mucho mayor de especímenes.
El microscopio electrónico de barrido tiene muchas ventajas sobre los microscopios tradicionales. El MEB tiene una gran profundidad de campo, lo que permite enfocar una mayor parte de la muestra al mismo tiempo. El MEB también tiene una resolución mucho mayor, por lo que las muestras muy próximas entre sí pueden ampliarse a niveles mucho más altos. Como el MEB utiliza electroimanes en lugar de lentes, el investigador tiene mucho más control sobre el grado de aumento. Todas estas ventajas, así como las imágenes realmente sorprendentes, hacen del microscopio electrónico de barrido uno de los instrumentos más útiles en la investigación actual.
El MEB es un instrumento que produce una imagen ampliamente ampliada utilizando electrones en lugar de luz para formar una imagen. En la parte superior del microscopio se produce un haz de electrones mediante un cañón de electrones. El haz de electrones sigue una trayectoria vertical a través del microscopio, que se mantiene en el vacío. El haz viaja a través de campos electromagnéticos y lentes, que enfocan el haz hacia la muestra. Una vez que el haz incide en la muestra, los electrones y los rayos X son expulsados de la misma.
Se analizan en detalle los principios de la formación de imágenes en la microscopía electrónica de barrido de color natural (NC-SEM). Este método se basa en la característica de frecuencia del sistema visual humano. Se demuestra que el efecto Mach y el efecto de enmascaramiento son importantes en las características. El primero, que puede realzar los detalles estructurales, es visualmente similar al efecto de borde en las imágenes de electrones secundarios (SE), y el segundo es necesario para representar adecuadamente la información de color muy degradada obtenida con un microscopio de luz. Si se utilizan adecuadamente estos efectos, se puede adquirir una imagen NC-SEM con una resolución equivalente a la de una imagen SEM, aunque esté compuesta por una imagen SEM y una imagen especial de videomicroscopía (VM) con una resolución mucho menor que la imagen SEM de la misma vista. El NC-SEM es más eficaz que el SEM en la observación, interpretación y análisis de diversas muestras con importante información de color.