Makalah SEM

Scann cann i ng El ectron M i croscop croscope e Untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Kewirausahaan

Oleh :

Anita Carolina

( 3225111258 )

Cynthia Sagita

( 3225111288 )

Desriyan Lestari

( 3225111281 )

M. Fiky Alqodri

( 3225111258 )

Muhammad Shalahuddin

( 3225111274 )

Muhamad Zola

( 3225111262 )

Yudo Prakoso

( 322102375 )

Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta 2014

Pengertian Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang dapat melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali. Mikroskop ini menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya (Anonymous, 2012).

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk menyelidiki permukaan dari objek solid secara langsung. SEM memiliki perbesaran 10  –  3000000x, 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.

Bagian-Bagian SEM SEM tersusun dari beberapa bagian, seperti berikut :

Gambar 1. Scanning Electron Microscope

a. Penembak Elektron (Elektron Gun) Ada dua jenis atau tipe dari electron gun yaitu : o

Termal Pada emisi jenis ini, energi luar yang masuk ke bahan ialah dalam bentuk energi  panas. Oleh elektron energi panas ini diubah menjadi energi kinetik. Semakin besar  panas yang diterima oleh bahan maka akan semakin besar pula kenaikan energy kinetik yang terjadi pada elektron, dengan semakin besarnya kenaikan energi kinetik dari elektron maka gerakan elektron menjadi semakin cepat dan semakin tidak menentu. Pada situasi inilah akan terdapat elektron yang pada ahirnya terlepas keluar melalui permukaan bahan. Pada proses emisi thermionic dan juga pada proses emisi lainnya, bahan yang digunakan sebagai asal ataupun sumber elektron disebut sebagai "emiter" atau lebih sering disebut "katoda" (cathode), sedangkan bahan yang menerima elektron disebut sebagai anoda. Dalam konteks tabung hampa (vacuum tube) anoda lebih sering disebut sebagai "plate". Dalam proses emisi thermionic dikenal dua macam jenis katoda yaitu: 

Katoda panas langsung (Direct Heated Cathode, disingkat DHC)



Katoda panas tak langsung (Indirect Heated Cathode, disingkat IHC) Pada katoda jenis ini katoda selain sebagai sumber elektron juga dialiri oleh arus heater (pemanas).

Material yang digunakan untuk membuat katoda diantaranya adalah : o

Tungsten Filamen Material ini adalah material yang pertama kali digunakan orang untuk membuat katode. Tungsten memiliki dua kelebihan untuk digunakan sebagai katoda yaitu memiliki ketahanan mekanik dan juga titik lebur yang tinggi (sekitar 3400 derajat Celcius), sehingga tungsten banyak digunakan untuk aplikasi khas yaitu tabung XRay yang bekerja pada tegangan sekitar 5000V dan temperature tinggi. Akan tetapi untuk aplikasi yang umum terutama untuk aplikasi Tabung Audio dimana tegangan kerja dan temperature tidak terlalu tinggi maka tungsten bukan material yang ideal, hal ini disebabkan karena tungsten memilik fungsi kerja yang tinggi( 4,52 eV) dan juga temperature kerja optimal yang cukup tinggi (sekitar 2200 derajat celcius)

Field emission

o

Pada emisi jenis ini yang menjadi penyebab lepasnya elektron dari bahan ialah adanya gaya tarik medan listrik luar yang diberikan pada bahan. Pada katoda yang digunakan pada proses emisi ini dikenakan medan listrik yang cukup besar sehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada elektron menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar dari permukaan katoda. Emisi medan listrik adalah salah satu emisi utama yang terjadi pada vacuum tube selain emisi thermionic. Jenis katoda yang digunakan diantaranya adalah : o

Cold Field Emission

o

Schottky Field Emission Gun

 b. Lensa Magnetik Lensa magnetik yang digunakan yaitu dua buah condenser lens. Condenser lens kedua (atau biasa disebut dengan lensa objektif) memfokuskan electron dengan diameter yang sangat kecil, yaitu sekitar 10-20 nm.

c. Detektor SEM memiliki beberapa detektor yang berfungsi untuk menangkap hamburan elektron dan memberikan informasi yang berbeda-beda. Detektor-detektor tersebut antara la in: o

Backscatter detector, yang berfungsi untuk menangkap informasi mengenai nomor atom dan topografi.

o

Secondary detector, yang berfungsi untuk menangkap informasi mengenai topografi (Prasetyo,

d. Sample Holder Untuk meletakkan sampel yang akan dianalisis dengan SEM.

e. Monitor CRT (Cathode Ray Tube) Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar dapat dilihat.

2011).

Prinsip Kerja Prinsip kerja SEM yaitu bermula dari electron beam  yang dihasilkan oleh sebuah filamen  pada electron gun. Pada umumnya electron gun yang digunakan adalah tungsten hairpin  gundengan filamen berupa lilitan tungsten yang berfungsi sebagai katoda. Tegangan diberikan kepada lilitan yang mengakibatkan terjadinya pemanasan. Anoda kemudian akan membentuk gaya yang dapat menarik elektron melaju menuju ke anoda.

Gambar 2. Electron gun

Kemudian electron beam difokuskan ke suatu titik pada permukaan sampel dengan menggunakan dua buah condenser lens. Condenser lens  kedua (atau biasa disebut dengan lensa objektif) memfokuskan beam  dengan diameter yang sangat kecil, yaitu sekitar 10-20 nm. Hamburan elektron, baik Secondary Electron (SE) atau Back Scattered Electron (BSE)  dari permukaan sampel akan dideteksi oleh detektor dan dimunculkan dalam bentuk gambar pada layar CRT.

Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron. Sinyal-sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Gambar 3. Sinyal Elektron Sekunder dan Sinyal Elektron  Backscattered 

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai berikut: elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi  berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered elektron memberikan  perbedaan berat molekul dari atom  –   atom yang menyusun permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah. Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini disajikan pada gambar dibawah ini.

Gambar 4. Perbedaan Hasil Sinyal Elektron Sekunder dan Sinyal Elektron  Backscattered 

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini. Permukaan yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan gambar yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang rendah atau datar.

Gambar 5. Mekanisme Kontras dari Elektron Sekunder

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar dibawah ini yang secara prinsip atom  –   atom dengan densitas atau berat molekul lebih besar akan memantulkan lebih banyak elektron sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas rendah. Maka teknik ini sangat berguna untuk membedakan jenis atom.

Gambar 6. Mekasime Kontras dari Backscattered  Elektron

 Namun untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung multi atom para peneliti lebih banyak mengunakan teknik EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan kemampuan ini, namun tidak semua SEM punya fitur ini. EDS dihasilkan dari Sinar X karakteristik, yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi yang ingin kita ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan maka akan muncul puncak  –   puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung.

Dengan EDS kita juga bisa membuat elemental mapping (pemetaan elemen) dengan memberikan warna berbeda  –   beda dari masing  –   masing elemen di permukaan bahan. EDS  bisa digunakan untuk menganalisa secara kunatitatif dari persentase masing  –  masing elemen. Contoh dari aplikasi EDS digambarkan pada diagram dibawah ini.

Gambar 7. Aplikasi EDS

Teknik Pembuatan Preparat yang Digunakan Pada SEM Materi yang akan dijadikan objek pemantauan dengan menggunakan mikroskop elektron ini harus diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu sampel yang memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai preparat pada mikroskop elektron. Teknik yang digunakan dalam pembuatan preparat ada berbagai macam tergantung pada spesimen dan penelitian yang dibutuhkan, antara lain : o

Kriofiksasi, yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan teknik pembekuan spesimen dengan cepat yang menggunakan nitrogen cair ataupun helium cair, dimana air yang ada akan membentuk kristal-kristal yang menyerupai kaca. Suatu bidang ilmu yang disebut mikroskopi cryo-elektron (cryo-electron microscopy) telah dikembangkan  berdasarkan tehnik ini. Dengan pengembangan dari Mikroskopi cryo-elektron dari  potongan menyerupai kaca (vitreous) atau disebut cryo-electron microscopy of vitreous

sections (CEMOVIS), maka sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan penelitian secara virtual terhadap specimen biologi dalam keadaan aslinya. o

Fiksasi , yaitu suatu metode persiapan untuk menyiapkan suatu sampel agar tampak realistik (seperti kenyataannya ) dengan menggunakan glutaraldehid dan osmium tetroksida.

o

Dehidrasi, yaitu suatu metode persiapan dengan cara menggantikan air dengan bahan  pelarut organik seperti misalnya ethanol atau aceton.

o

Penanaman (Embedding), yaitu suatu metode persiapan dengan cara menginfiltrasi  jaringan dengan resin seperti misalnya araldit atau epoksi untuk pemisahan bagian.

o

Pembelahan (Sectioning), yaitu suatu metode persiapan untuk mendapatkan potongan tipis dari spesimen sehingga menjadikannya semi transparan terhadap elektron. Pemotongan ini bisa dilakukan dengan ultramicrotome dengan menggunakan pisau  berlian untuk menghasilkan potongan yang tipis sekali. Pisau kaca juga biasa digunakan oleh karena harganya lebih murah.

o

Pewarnaan (Staining), yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan metal berat seperti timah, uranium, atau tungsten untuk menguraikan elektron gambar sehingga menghasilkan kontras antara struktur yang berlainan di mana khususnya materi  biologikal banyak yang warnanya nyaris transparan terhadap elektron (objek fase lemah).

o

Pembekuan fraktur (Freeze-fracture), yaitu suatu metode persiapan yang biasanya digunakan untuk menguji membran lipid. Jaringan atau sel segar didinginkan dengan cepat (cryofixed) kemudian dipatah-patahkan atau dengan menggunakan microtome sewaktu masih berada dalam keadaan suhu nitrogen ( hingga mencapai -100% Celsius). Patahan beku tersebut lalu diuapi dengan uap platinum atau emas dengan sudut 45 derajat pada sebuah alat evaporator tekanan tinggi.

o

Ion Beam Milling, yaitu suatu metode mempersiapkan sebuah sampel hingga menjadi transparan terhadap elektron dengan menggunakan cara pembakaran ion (biasanya digunakan argon) pada permukaan dari suatu sudut hingga memercikkan material dari  permukaannya. Kategori yang lebih rendah dari metode Ion Beam Milling ini adalah metode berikutnya adalah metode Focused ion beam milling, dimana galium ion digunakan untuk menghasilkan selaput elektron transparan pada suatu bagian spesifik  pada sampel.

o

Pelapisan konduktif (Conductive Coating) - yaitu suatu metode mempersiapkan lapisan ultra tipis dari suatu material electrically-conducting . Ini dilakukan untuk mencegah terjadinya akumulasi dari medan elektrik statis pada spesimen sehubungan dengan

elektron irradiasi sewaktu proses penggambaran sampel. Beberapa bahan pelapis termasuk emas, palladium (emas putih), platinum, tungsten, graphite dan lain-lain, secara khusus sangatlah penting bagi penelitian spesimen dengan SEM.

Manfaat SEM Fungsi utama dari SEM antara lain dapat digunakan untuk mengetahui informasi-informasi mengenai: o

Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat memantulkan cahaya, dan sebagainya).

o

Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek (kekuatan, cacat pada Integrated Circuit (IC) dan chip, dan sebagainya).

o

Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di dalam objek (titik lebur, kereaktifan, kekerasan, dan sebagainya).

o

Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan dari butir-butir di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik, kekuatan, dan sebagainya).

Keunggulan dan Kelemahan SEM Keunggulan SEM adalah sebagai berikut: o

Daya pisah tinggi Dapat Ditinjau dari jalannya berkas media, SEM dapat digolongkan dengan optik metalurgi yang menggunakan prinsip refleksi, yang diarti sebagai permukaan spesimen yang memantulkan berkas media.

o

Menampilkan data permukaan spesimen Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau lapisan yang tebalnya sekitar 20 mikro meter dari permukaan. Sinyal lain yang penting adalah back scattered elektron yang intensitasnya bergantung pada nomor atom, yang unsurnya menyatakn  permukaan spesimen. Dengan cara ini diperoleh gambar yang menyatakan perbedaan unsur kimia yang lebih tinggi pada nomor atomnya. Kemampuannya yang beragam

membuat SEM popular dan luas penggunaannya, tidak hanya dibidang material melainkn  juga dibidang biologi, pertanian, kedokteran, elektronika, mikroelektronika dan lain-lain. Kemudahan penyiapan sampel

o

Spesimen untuk SEM dapat berupa material yang cukup tebal, oleh karena itu  penyiapannya sangat mudah. Untuk pemeriksaan permukaan patahan (fraktografi),  permukaan diusahakan tetap seperti apa adanya, namun bersih dari kotoran, misalnya debu dan minyak. Permukaan spesimen harus bersifat konduktif. Oleh karena itu  permukaan spesimen harus bersih dari kotoran dan tidak terkontaminasi oleh keringat.

Kelemahan SEM adalah sebagai berikut; o

Memerlukan kondisi vakum

o

Hanya menganalisa permukaan

o

Resolusi lebih rendah dari TEM

o

Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas.

DAFTAR PUSTAKA

 Nur, Marhamah dan Rita. 2010. Scanning Ellectron Microscope. [online], 1 halaman, tersedia: http://laskarvck.wordpress.com/2010/12/18/scanning-electron-microscopic/ Prasetyo, Yudi. 2011. Scanning Electron Microscope SEM dan Optical Emmision Spectroscope

OES.

[online],

1

halaman,

tersedia:

http://yudiprasetyo53.wordpress.com/2011/11/07/scanning-electron-microscope-sem-danoptical-emission-spectroscope-oes/ Rapuan, Mandeleyev Biantong. 2012. Scanning Electron Microscope.  [online], 1 halaman, tersedia:

http://mandeleyev-rapuan.blogspot.com/2012/03/sem-scanning-electron-

microscope.html Widynugroho, Anita. 2012. Scanning Electron Microscope SEM. [online], 1 tersedia: sem.html

halaman,

http://anita-widynugroho.blogspot.com/2012/04/scanning-electron-microscope-