Automazione_Strumentazione_2

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MATERIALI
applicazioni
Marzo 2015 ■ Automazione e Strumentazione
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I metodi di microscopia elettronica ad alta riso-
luzione (υfigura 1) entrano in gioco nei campi
dove i classici strumenti di investigazione ottica
non siano più sufficienti a garantire l’ispezione
strutturale e laddove sia inoltre possibile garan-
tire un’adeguata preparazione del campione.
Grazie all’estrema risoluzione di detti metodi,
è possibile arrivare a misurare la distanza tra
singoli atomi. I microscopi a trasmissione elet-
tronica (TEM) in particolare raggiungono risolu-
zioni sino a 0.1 nm; tramite scansione elettronica
(SEM) si giunge invece a risoluzioni nell’ordine
di 1 nm. Queste tecniche sono quindi considera-
bili migliori dei metodi ottici classici, tramite i
quali si arriva generalmente tra i 200 e 300 nm
con la microscopia a luce confocale e sino a circa
20 nm con i sistemi commerciali basati su super
risoluzione ottica.
Le applicazioni tipiche della microscopia elettro-
nica hanno oltrepassato gli originali confini del
campo scientifico e abbracciano oggi un ampio
spettro, spaziando nel campo industriale dove,
oltre alla ricerca pura , consentono processi quali
l’ispezione superficiale e gli studi strutturali,
processi particolarmente centrali nella tecnologia
dei semiconduttori e nelle scienze dei materiali.
Grazie all’utilizzo di un fascio di ioni, in grado di
rimuovere singoli strati del campione, sono pos-
sibili anche investigazioni tridimensionali. Nel
caso delle strutture minute presenti nei semicon-
duttori, questo processo consente di misurarne lo
spessore tramite conteggio dei singoli strati ato-
mici impilati. Nell’ambito delle scienze della vita
sono invece divenute visibili anche le più piccole
strutture cellulari. I campioni possono in questo
caso specifico essere preparati, tra gli altri, con
speciali metodi di congelamento.
Posizionamento stabile e alta ripetibilità
Le varie applicazioni hanno però un tratto
comune: processi di ispezione con livelli di
automazione crescenti richiedono soluzioni di
movimentazione altamente affidabili che, sem-
pre più spesso, possano operare in condizioni
di vuoto, essere amagnetici e possibilmente non
richiedere nessun tipo di lubrificazione. Nel caso
della υfigura 1 inoltre, il campione deve essere
mantenuto in posizione più stabilmente possi-
bile: manipolazioni nanometriche dei campioni
risultano obbligatorie, essendo l’intero campo di
visione di soli 150 nm.
Nel caso della microscopia Sem (υfigura 2),
la risoluzione dipende direttamente dalla posi-
zione del campione. Movimentando il campione
durante la scansione, non solo la risoluzione, ma
anche la ripetibilità e la stabilità del sistema di
posizionamento diventano cruciali per la qualità
dell’immagine; la distorsione di quest’ultima può
essere infatti evitata solo se, una volta posizionato
υ
A FIL DI RETE
Edoardo Buffone
Tecnologie di posizionamento
per la microscopia elettronica
L’ AUTORE
E. Buffone, Physik Instrumente
(PI) S.r.l., Bresso (MI)
La microscopia elettronica consente oggi di effettuare
investigazioni con una risoluzione laterale di meno di un
nanometro. Questo implica naturalmente che agli elementi di
imaging siano richieste delle altissime prestazioni ma, allo stesso
tempo anche i campioni devono poter essere posizionati con
una precisione, quantomeno di pari livello, per garantire che i
risultati delle misure siano significativi. Movimentazioni e sistemi
di posizionamento rivestono quindi un ruolo di importanza
centrale nella microscopia elettronica.
ALTA PRECISIONE CON SOLUZIONI NON-MAGNETICHE E COMPATIBILI COL VUOTO
Figura 1 - Non essendovi nella microscopia elettronica
limitazioni dovute alla lunghezza d’onda della luce, è
possibile determinare anche la distanza tra singoli atomi.
I microscopi a trasmissione elettronica (Tem) raggiungono
una risoluzione di 0.1 nm, mentre con le tecniche si
scansione elettronica (Sem) si raggiungono risoluzioni
nell’ordine di 1 nm.
Immagine: Dr. Reiner Ramlau, Max Planck Institut forchemical physics of solid materials