가속전압이 SEM 결과에 미치는 영향
분석 목적에 따라 SEM의 가속전압을 적절히 조절하는 것이 중요한 이유
가속전압이 SEM 결과에 미치는 영향
저희 MCC에서 SEM 분석을 해보셨다면 분석 연구원이 요청하는 분석 조건에서 가속 전압이라는 항목을 볼 수 있습니다. 오늘은 이 가속 전압이 분석 결과에 미치는 영향에 대해서 소개해 보겠습니다.
가속 전압(Acceleration Voltage)이란 무엇인가?
가속 전압이란 전자현미경의 전자총(Electron Gun)에서 전자를 방출할 때 가해주는 전압입니다. 이때 방출된 전자는 가해 주는 전압에 따른 에너지를 가지고 시료 표면에 도달합니다. 따라서 더 높은 가속 전압은 전자가 더 높은 에너지를 가지도록 합니다.
방출된 전자는 시료에 충돌하여 다양한 상호작용을 일으키고 2차전자(SE), 후방산란전자(BSE)와 X-선과 같은 신호를 만들어 내게 되는데요. 전자의 에너지에 따라서 발생하는 신호의 세기 또한 달라집니다. 그리고 이것은 분석의 결과에 서로 다른 영향을 미치는데요. 이번 포스팅에서 주로 다룰 이야기입니다. 아래에서 본격적으로 설명을 드려볼게요.
SEM 분석 결과 예시
먼저 가속 전압의 차이에 따른 이미지를 먼저 보겠습니다. 아래는 종이의 표면을 가속전압 5kV와 15kV로 각각 촬영한 사진인데요. 육안으로 보기에도 확연한 차이가 발생하는 것을 알 수 있습니다.
가속전압 5kV에서 측정
가속전압 15kV에서 측정
차이를 정리해서 설명드리기 앞서 눈으로 확인할 수 있는 가장 큰 차이점은 아무래도 이미지의 스타일인 것 같은데요. 좌측의 저전압에서 촬영한 이미지는 표면의 형상이 좀 더 세밀하게 보이는 반면에 우측의 고전압에서 촬영한 이미지는 세밀한 표면 구조는 강조되지 않은 것처럼 보이는 이미지임을 알 수 있습니다.
이처럼 가속 전압으로 인한 시료와 전자의 상호작용은 이미지에서부터 큰 차이를 만들어 내는 것을 알 수 있습니다. 더불어 어떤 차이가 있는지 조금 더 정리해 볼까요?
가속 전압에 따른 대표적인 차이
| 구분 | 낮은 가속 전압 | 높은 가속 전압 |
|---|---|---|
| 사용 장점 | 표면의 세밀한 구조 관찰. 시료 표면의 열적, 전기적 손상 정도가 낮음. |
전자의 침투 깊이가 깊어 시료 내부 정보 분석에 유리함. 고배율 확대 및 EDS/ BSE 분석에 용이함. |
| 사용 단점 | 비교적 낮은 해상도로 고배율 확대에 불리함. 신호 세기 감소로 EDS, BSE 분석이 원활하지 않을 수 있음. |
시료의 손상도가 높아짐. 비교적 내부의 정보를 보여주므로 표면의 세밀한 구조를 관찰하기 어려울 수 있음. |
| 적합한 분석 시료 | 절연체, 생물학적 샘플, 열에 민감한 시료, 수백 나노미터 이상 크기의 구조 | 나노미터 스케일의 미세 분말 및 구조. 금속, 반도체 등 데미지에 안정적인 시료 |
| 해상도 | 비교적 낮음 | 높음 |
| 손상도 | 낮음 | 높음 |
| 부가 분석 (EDS/BSE) |
신호 세기가 약해 어렵고 상황에 따라 노이즈로 인해 불가할 수 있음. | 원활하게 분석할 수 있고, EDS의 정확도가 높음(노이즈 영향이 감소) |
| Side effect | 완화됨. (Edge effect, Charging) |
강조됨. |
마무리
위와 같이 가속 전압은 결과에 많은 영향을 주기 때문에 적절히 선택하는 것이 매우 중요합니다. 그래서 분석 전에 반드시 전문가와 상담하시는 것이 좋고, 시료의 정확한 정보를 전달해 주시는 것이 더 좋은 분석 결과를 얻을 수 있는 방법입니다.
아래 가속 전압의 차이에 따른 분석 예시를 하나 더 보여드리면서 오늘 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
고전압 분석
저전압 분석
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