mekanisme kerja SEM

KUANTUM

1.      Prinsip Kerja Sceaning Elektron Microscope (SEM) dan Transmision Electron Mikroskope (TEM)

a)         SCANNING  ELECTRON  MICROSCOPE  (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM)  adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk mengamati permukaan objek solid secara langsung.  SEM memiliki perbesaran 10 – 3.000.000 kali, depth of field 4 – 0.4 mm dan resolusi sebesar 1 – 10 nm.

Kombinasi dari perbesaran yang tinggi, depth of field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan penelitian dan industri (Prasetyo, 2011). Anonymous (2012) menambahkan, SEM memfokuskan sinar elektron (electron beam) di permukaan obyek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan obyek.

SEM bekerja berdasarkan prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi gambar. Imajinasi mudahnya gambar yang didapat mirip sebagaimana gambar pada televisi.

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan dan lekukan permukaan. Gambar topogorafi diperoleh dari penangkapan pengolahan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah scanning yang berarti bahwa berkas elektron “menyapu” permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan membentuk garis demi garis, mirip seperti gerakan mata yang membaca.

 Sinyal elektron sekunder yang dihasilkannyapun adalah dari titik pada permukaan, yang selanjutnya ditangkap oleh SE detector dan kemudian diolah dan ditampilkan pada layar CRT (TV). Scanning coil yang mengarahkan berkas elektron bekerja secara sinkron dengan pengarah berkas elektron pada tabung layar TV, sehingga didapatkan gambar permukaan spesimen pada layar TV.
     

Gambar 1.  Mekanisme Kerja SEM

b)            Transmision Electron Mikroskope (TEM)

TEM adalah salah satu jenis mikroskop yang memanfaatkan adanya penemuan electron. Sesuai dengan namanya, mikroskop ini memanfaatkan electron dengan cara mentransmisikan electron sehinggan nantinya akan ditangkap oleh sebuah layar yang akan menghasilkan gambar dari struktur material tersebut. Secara mudahnya, TEM cara kerjanya mirip dengan cara kerja dari sebuah slide proyektor.

Gambar tadi bisa terbentuk oleh karena adanya interaksi antara electron yang ditransmisikan melewati specimen, lalu gambar akan membesar dan akan difokuskan padasuatu alat pencitraan, biasanya dengan menggunakan layar flouresent atau dengan suatu sensor seperti kamera CCD.

Dengan TEM, maka gambar yang kita hasilkan akan memiliki tingkat resolusi yang jauh lebih tinggi daripada mikroskop cahaya. Kita dapat melihat sesuatu yang memiliki ukuran 10.000 kali lebih kecil daripada ukuran objek terkecil yang bisa terlihat di mikroskop cahaya.

Pada perbesaran kecil, gambar TEM akan kontras karena absorbsi elektron pada material akibat dari ketebalan dan komposisi material. Pada perbesaran tinggi, maka gambar yang dihasilkana akan menampilkan data yang lebih jelas pada analisa struktur kristal, dan lainnya.

Cara kerja Mikroskop elektron transmisi (TEM) dengan menggunakan berkas elektron energi tinggi ditularkan melalui sampel yang sangat tipis untuk gambar dan menganalisis mikrostruktur bahan dengan resolusi skala atom. Elektron difokuskan dengan lensa elektromagnetik dan gambar diamati pada layar fluorescent, atau direkam dalam film atau kamera digital. Elektron dipercepat di beberapa ratus kV, memberikan panjang gelombang jauh lebih kecil daripada cahaya: 200kV elektron memiliki panjang gelombang 0.025Å.  Namun, sedangkan resolusi mikroskop optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya, yaitu mikroskop elektron dibatasi oleh penyimpangan yang melekat pada lensa elektromagnetik, menjadi sekitar 1-2 Å.

TEM juga mampu membentuk elektron yang terfokus pada probe, sekecil 20A, yang dapat diposisikan pada fitur yang sangat bagus dalam sampel untuk informasi atau microdiffraction analisis x-ray untuk informasi komposisi.
                     

 

                                Gmbr 2 . Prinsip kerja TEM

2.      Perbandingan SEM dan TEM

Perbedaan mendasar dari TEM dan SEM adalah pada cara bagaimana elektron yang ditembakkan oleh pistol elektron mengenai sampel. Pada TEM, sampel yang disiapkan sangat tipis sehingga elektron dapat menembusnya kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang diolah menjadi gambar. Sedangkan pada SEM sampel tidak ditembus oleh elektron sehingga hanya pendaran hasil dari tumbukan elektron dengan sampel yang ditangkap oleh detektor dan diolah.

Skema perbandingan kedua alat ini disajikan oleh gambar disamping ini.

Mikroskop elektron transmisi digunakan untuk menandai mikrostruktur bahan dengan resolusi spasial sangat tinggi. Informasi tentang morfologi, struktur dan cacat kristal, fasa kristal dan komposisi, dan mikrostruktur magnet dapat diperoleh oleh kombinasi elektron-optical imaging (titik 2.5A resolusi), difraksi elektron, dan kemampuan probe kecil. Trade-off untuk ini beragam informasi struktural dan resolusi tinggi adalah tantangan untuk memproduksi sampel yang sangat tipis untuk transmisi elektron.

Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi. Ditinjau dari jalannya berkas media , SEM dapat dianalogikan dengan mikroskop optik metalurgi, sedangkan TEM analog dengan mikroskop optik biologi. SEM dan mikroskop optik metalurgi menggunakan prinsip refleksi, dalam arti permukaan spesimen memantulkan berkas media. TEM dan mikroskop optik biologi/kedokteran memakai prinsip transmisi, artinya berkas media menembus spesimen yang tipis.

Adapun kelebihan teknik SEM yaitu terdapat sistem vakum pada electron-optical column dan sample chamber yang bertujuan antara lain:

Ø  Menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan penurunan intensitas dan stabilitas.

Ø  Meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau mengendap pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop. Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan membuat gelap.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:          

Ø  Memerlukan kondisi vakum

Ø  Hanya menganalisa permukaan

Ø  Resolusi lebih rendah dari TEM 

Ø  Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas (Material Cerdas, 2009).