Microscopia eletrônica de Transmissão: Aspectos básicos e aplicações. Douglas Rodrigues Miquita Centro de Microscopia da UFMG

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Vergílio Brás Malheiro
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1 Microscopia eletrônica de Transmissão: Aspectos básicos e aplicações. Douglas Rodrigues Miquita Centro de Microscopia da UFMG

2 Parte I Introdução aos aspectos básicos Por que precisamos de TEM 2

3 Prólogo A natureza é repleta de entes e estruturas com dimensões tão pequenas que o olho humano não é capaz de identificá-las. Para enxergar tais estruturas precisamos de algo que as tornem grandes o suficiente para que nossos olhos possam percebê-las: lentes de aumento. Microscópios!!!! 3

Para enxergar tais estruturas precisamos de algo que as tornem grandes o

4 Lentes convergentes e o microscópio óptico Lentes: São materiais homogeneos e transparentes, com indice de refração diferente do meio em que está envolta e com curvatura em pelo menos uma face. Dessa forma são capazes de desviar os feixes de luz que a atravessam. Plano imagem Condensadora Ocular Objeto Lente Objetiva Imagem real Plano focal

5 O microscópio óptico X microscópio eletrônico Condensadora Ocular Objeto Lente Objetiva Imagem real Plano focal Lentes projetoras Condensadora Lente Objetiva Tela fluorescente Objeto 5 Plano focal Primeira imagem

real Plano focal Lentes projetoras Condensadora

6 Eletrons e sua interação com a amostra Catodo luminescência Elétrons secundários Raios-X característicos Feixe primário Elétrons Auger Elétrons retroespalhados Raios-X Contínuo (Breestralung) A incidência de um feixe de elétrons sobre uma superfície material dá origem a vários sinais. De posse dos detectores adequados podemos captar todos esses sinais. Elétrons espalhados elasticamente Elétrons sem espalhamento Elétrons espalhados inelasticamente Essa é uma das razões da microscopia eletrônica ser uma técnica tão versátil 6

origem a vários sinais. De posse dos detectores adequados podemos captar todos esses sinais.

7 Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão? Para enxergar estuturas tão pequenas que não podem ser vistas a olho nú ou com microscópio óptico ou até mesmo com microscopia eletrônica de varredura. Nanoparticulas de prata Defeitos na fabricação de dispositivos semicondutores 7

com microscópio óptico ou até mesmo com microscopia eletrônica de varredura.

8 Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão? Para obter informação estrutural de pequenos objetos SAED de uma liga de Cu-Al-Ni HR-TEM da direção [001] do Si 8

9 Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão? Para obter informação sobre a composição química de pequenas estruturas Mapeamento por EElS EDX de nanoparticulas de prata 9

10 Por qual razão necessitamos de microscopia eletrônica de transmissão? Extrair informação (de pequenas estruturas) que outras técnicas não permitem ou não fazem da maneira correta. Casamento de rede em QD s de InAs sobre GaAs 10

11 Palavras chave pequenas estruturas As palavras chave são pequenas estruturas que na verdade significam estruturas com dimensões da ordem de nanometros. TEM fornece informações em nano escala: Imagens; Estrutura; Composição Química; Outras a depender da necessidade. È a técnica pioneira em nanoescala. Uma das mais importantes, se não for a mais, ferramentas para nanotecnologia. 11

TEM fornece informações em nano escala: Imagens; Estrutura; Composição Química; Outras a

12 O que faz a microscopia eletrônica tão poderosa? O fato de usarmos eletrons!! Devido a sua dualidade onda particula, podemos tratar elétrons como ondas. λ = h 2 ev m0 ev (1 + ) 2 2 m0c 1 2 Ao acelerar elétrons por potenciais da ordem de KeV, damos a eles energia suficiente para que seu comprimento de onda seja da ordem de angstrons. 12

λ = h 2 ev m0 ev (1 + ) 2 2 m0c 1 2 Ao acelerar elétrons por potenciais da ordem de

13 Para um microscópio óptico (λ = 400 nm) a melhor resolução atingida até hoje é de 174 nm. [lentes imersas em óleo (n =1,4)]. Para um microscópio eletrônico o melhor resultado até hoje foi de 0,13 nm a 100 kv (λ = 0,0037 nm) 0,09 nm a 200 kv (λ = 0,0025 nm) A diferença está na natureza das lentes eletromagnéticas, que contém imperfeições intrinsecas que alteram de forma efetiva o desempenho do microscópio. São elas: Aberração esférica; Aberração cromática; Astigmatismo Detalhes em instantes!! 13

0,0025 nm) A diferença está na natureza das lentes eletromagnéticas, que contém imperfeições intrinsecas que alteram de

14 O microscópio óptico X microscópio eletrônico Condensadora Ocular Objeto Lente Objetiva Imagem real Plano focal Lentes projetoras Condensadora Lente Objetiva Tela fluorescente Objeto 14 Plano focal Primeira imagem

Plano focal Lentes projetoras Condensadora Lente

15 O microscópio óptico X microscópio eletrônico As principais diferenças: O comprimento de onda; Interação com a amostra; Distribuição de energia ( monocromático X luz branca); Colimação e paralelismo; Facilidade de deflexão. Coerência As principais vantagens em TEM: melhor resolução; diversidade de sinais; melhor resolução; Qualidade da imagem e facilidade de interpretação; Uso de lentes eletromagnéticas. Melhor resolução, resultados interpretáveis. 15

Coerência As principais vantagens em TEM: melhor resolução; diversidade de sinais; melhor resolução; Qualidade da

16 Exigências básicas para TEM: Excelente vácuo; aumentar o livre caminho médio dos elétrons; prolongar a vida útil do canhão; Uma fonte de elétrons capaz de gerar elétrons com alta velocidade Cameras, unidades eletrônicas e softwares para viualizar, armazenar e tratar os resultados. Amostras com espessura que permitam a passagem do feixe preparação de amostras é o coração da microscopia, seja SPM, MEV, TEM ou óptica. 16

eletrônicas e softwares para viualizar, armazenar e tratar os resultados.

17 Formação da imagem em TEM Raios que chegam a lente passando pelo foco saem paralelos ao eixo optico; Raios que chegam a lente passando por seu centro passam sem sofrer desvio; Raios que chegam a lente paralelos ao eixo óptico saem pelo foco; 17

lente passando por seu centro passam sem sofrer desvio;

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