Skenovací elektronové mikroskopy (SEM, česky rastrovací či řádkovací REM) prošly do současnosti dlouhým vývojem. V roce 2006 se objevil první stolní SEM od FEI díky pokroku v miniaturizaci a následně vznikla firma Phenom World s revolučně pokrokovým přístupem k zjednodušení, zrychlení a zpřehlednění práce. Zpočátku byly parametry a schopnosti těchto mikroskopů spíše základní, ale od té doby prošly vývojem a dospěly ke slušnému rozlišení u Phenomu většinou lepšímu než 10 nanometrů. Zároveň všechny současné stolní SEMy poskytují možnost umístit do těla elektronového mikroskopu všechny tři nejběžnější detektory - zpětně odražených a sekundárních elektronů a energiově-disperzní detektor (EDS, či EDX).
Tlumené parametry stolních SEM a jejich samotný design
Stolní SEMy Phenom již od počátku používají jako zdroj elektronů CeB6 - střední kvalitu zdroje (všechny modely Phenom Pure/Pro/ProX a Phenom XL pro průmysl s velkou komorou na vzorky). Zdroj elektronů CeB6 se vyznačuje dlouhou životností (1500+ hodin), velmi stabilními parametry elektronového svazku a zhruba 10krát vyšší intezitou elektronového svazku. To umožnilo zrychlit snímání s minimální potřebou ladit parametry zdroje či stigmaci a prodloužit servisní interval na průměrně 1-2 roky kvůli výměně zdroje i servisu vakuového systému, což odstranilo potřebu dobře vyškolené osoby pro běžnou údržbu SEMu na pracovišti. Konstrukcí jsou v „řadě P“ (Pure, Pro, ProX) všechny detektory umístěné se stejnou optimální pracovní vzdáleností. Optimální pracovní vzdálenost se nastaví jednoduše zarovnáním vršku vzorku s vrchní hranou držáku, přičemž nebezpečný přesah není mechanicky dovolený při zasouvání držáku do SEMu - geniálně jednoduché, rychlé a bezpečné. Speciální držáky vzorků nemají pohyblivost ve vertikální ose Z, a tím efektivně chrání řádkovací elektronový mikroskop proti poškození detektoru z důvodu kolize se vzorkem. Velmi malý mrtvý prostor kolem vzorku v těchto držácích a dobře dimenzovaný systém tvorby vakua vede k nejkratší době evakuace před prvním elektronovým snímkem na trhu (25 s u řady P či 45 s u XL). Ovládací SW je navržen s cílem maximálního zjednodušení nastavení parametrů na několik diskrétních předem optimalizovaných hodnot - např. urychlovacího napětí s možností spojité volby. Čtyři předvolené režimy elektronového svazku - Low, Image, Point a Map - jednoduše kombinují optimální hodnoty dopadajícího proudu (current) a velikosti dopadové plochy (spot size) pro čtyři nejčastější režimy - snímkování citlivých a normálních vzorků, prvková EDS analýza v bodech a mapách. Phenom byl též průkopníkem půdorysné optické navigační kamery usnadňující lokalizaci a přesun na body zájmu kliknutím do náhledového snímku. Mezi výhody, které na poli stolních, ale i podlahových mikroskopů přetrvávají dodnes, a to díky použití střední třídy elektronových zdrojů, patří kvalitnějších snímky (ostřejší a kontrastnější) a rychlejších sběr prvkových dat (EDS) oproti všem typům SEMů s wolframovými vlákny.
Prvním stolním řádkovacím elektronovým mikroskopem s Schottkyho elektronovou tryskou (FEG - field emission gun) byl Phenom Pharos v druhé polovině roku 2018. Tento krok přiblížil rozlišení (< 2,5 nm) a rozšířil schopnosti stolních SEM k podlahovým modelům, které tak zdárně konkurují. Phenom Pharos si zachovává oproti podlahovým mikroskopům jednoduchost a rychlost ovládání v cenově přívětivějším a prostorově kompaktnějším řešení.
Kolik stojí stolní SEM a co ovlivňuje cenu?
Podle volby a požadované konfigurace se ceny elektronových mikroskopů značně liší. Počáteční náklady na stolní mikroskopy obecně začínají dvoumilióny korun a mohou dosáhnout až výrazně vyšších částek v závislosti na konfiguraci a volbách doplňkové výbavy. Pro mikrotomograf, který je výkonnější než některé jiné varianty, je potřeba počítat s cenou kolem desítek milionů korun. Většina zákazníků volí postup tendrů a veřejných výběrových řízení, což ovlivňuje dobu nákupu na několik měsíců. Výrobci a prodejci často zdůrazňují, že klíčové rozhodnutí by mělo vycházet z konkrétního použití - co chce uživatel pozorovat, jak rychle a s jakou mírou automatizace a jednoduchosti provozu je třeba. Cena tedy není jen o samotném přístroji, ale také o vybudovaném zázemí, servisní podpoře a možnosti integrace do provozu v dané firmě či instituci.
Co ovlivňuje výběr a vybavení stolního SEM?
Prémiové zdroje elektronů (např. CeB6 a FEG) jsou 10x, resp. 1000x jasnější než wolframové vlákno v základních modelech konkurence a přidávají na kvalitě snímků a na efektivitě sběru EDS dat. Dále jsou významné možnosti automatizace snímání a vyhodnocení dat, které spolu s mikroskopy tvoří ucelená řešení problémů v průmyslových podnicích. Řešení Phenomu jsou vlastní „výroby“ a naplno využívají všech vlastností Phenomů a interakce s nimi online. Na závěr je vhodné, aby si každý zájemce o koupi rastrovacího elektronového mikroskopu nejprve několik variant prakticky otestoval a vybral zařízení adekvátní jeho potřebám, neboť mnoho užitečných a praktických vlastností jako je rychlost a bezstarostnost ovládání z brožur nelze pochopit, to se musí zažít!
Česká role a realita trhu
Praha - Je to nejvíc peněz, kolik kdy Akademie věd zaplatila za jediný přístroj: 35 milionů korun. Výsledné realizace zahrnují úpravu sklepních prostor pro elektromagnetické a vibrační izolace. V popisu se objevují i konkrétní detaily osazení, osvětlení a optiky, které umožňují vysoké rozlišení a stabilní provoz. Obecně je v popisech uvedeno, že elektronová mikroskopie umožňuje posunout výzkum nebo zlepšit kvalitu výrobků v mnoha oborech, a že polovodičová výroba je obrovským globálním trhem, zatímco v Česku jsou silné vědy o živé přírodě.
Praktický návod na výběr a integraci
Praktický postup: zaměřit se na hlavní důvod nákupu stolního SEM, posoudit cenu a prostorové nároky, rychlost a jednoduchost obsluhy, automatizaci a následně porovnat nabídky zdroje, rychlosti a celkové použitelnosti. Důležitá je možnost testů na konkrétních vzorcích v Brně či jiné centrále výrobce, aby se zjistilo, která konfigurace nejlépe vyhovuje. Před samotnou koupí je vhodné promyslet i prostorové a instalační podmínky, protože snímání je citlivé na elektromagnetické pole a vibrace. Po instalaci je nutné zajistit školení uživatelů a zajištění servisní podpory po světě, aby byl provoz mikroskopu téměř nepřetržitý.
tags: #kolik #stoji #elektronovy #mikroskop