Máquina sem

Tipos de máquinas SEM

SEM significa microscopio electrónico de barrido. Tiene muchos tipos que sirven para diferentes propósitos.

• SEM de propósito general: Los SEM de propósito general ofrecen un equilibrio entre resolución, aumento y capacidad de tamaño de muestra. Son adecuados para una amplia gama de materiales y especímenes biológicos. El nivel de aumento de una máquina SEM de este tipo suele ser inferior a 10 a 300 veces o más. El nivel de resolución es inferior a 1 nm, que es una aproximación aproximada. Los SEM de propósito general son ideales para los usuarios que requieren un aumento y una resolución decentes sin necesidad de especificaciones extremas.
• SEM de alta resolución: Como su nombre indica, las máquinas SEM de alta resolución se centran más en los detalles y la resolución que en el tamaño de la muestra. Normalmente, este tipo de máquina SEM tiene una mejor resolución de 0,5 nm o superior. Los SEM de alta resolución son ideales para los usuarios que analizan estructuras a nanoescala y requieren capacidades de imagen excepcionales. Proporcionan detalles de la topografía fina de las muestras. El tamaño de la muestra que las máquinas SEM de alta resolución pueden acomodar suele ser menor que el de los SEM de propósito general.
• Microscopio electrónico de emisión de campo (FE-SEM): Este tipo viene con un cañón de emisión de campo (FEG) como fuente de electrones. Ofrece imágenes de muy alta resolución empleando puntas afiladas de tungsteno o hexaboruro de lantano como fuente de electrones. Los FE-SEM proporcionan un mejor contraste y resolución de imagen que los SEM convencionales. Al igual que las máquinas SEM de alta resolución, los FE-SEM son opciones adecuadas para los usuarios que necesitan observar las características morfológicas a nivel atómico o subatómico. Los usuarios pueden obtener información más detallada sobre la topografía superficial de las muestras.
• SEM ambiental (ESEM): Las máquinas ESEM toman imágenes de los especímenes en una atmósfera gaseosa. Por lo tanto, no necesitan que las muestras se pongan al vacío. Las máquinas ESEM permiten observar muestras biológicas húmedas o aislantes sin ningún tratamiento especial, lo que las hace perfectas para la obtención de imágenes de células vivas o estudios dinámicos durante un período de tiempo. Las máquinas ESEM también se pueden utilizar para examinar la morfología superficial de muestras geológicas y materiales.
• Microscopio electrónico de imagen de electrones retrodispersados: A diferencia de las máquinas SEM normales que dependen de la detección de electrones secundarios, la máquina SEM de imagen de electrones retrodispersados se centra en los electrones retrodispersados emitidos por la muestra. Este tipo de máquina SEM mejora el contraste en función de la diferencia de número atómico, proporcionando información valiosa sobre la composición elemental y la distribución dentro de una muestra.

Especificaciones y mantenimiento de las máquinas SEM

Especificaciones

• Componentes funcionales: Las principales partes funcionales de una máquina SEM incluyen un cañón de electrones, lentes electromagnéticas, deflectores, platina de muestras, detectores y un sistema de vacío. Cada componente tiene una estructura y una función específicas que permiten que los electrones interactúen con las muestras a nivel micro o nano, y recopilen los electrones secundarios o retrodispersados para generar imágenes.
• Sistema de vacío: Normalmente, las muestras están en el aire y no se pueden observar al vacío. Por lo tanto, las máquinas SEM tienen que crear un ambiente de vacío alrededor del área de observación para permitir el flujo de electrones. Esto suele significar tener un espacio multicapa, herméticamente sellado, con baja presión de aire, a veces del orden de 10^-5 a 10^-6 torr o incluso superior. Cuanto mayor sea el vacío, mejores serán las capacidades de imagen del dispositivo. En un SEM frío, la temperatura baja por debajo de cero, creando una capa de hielo o vapor alrededor de la muestra, que puede congelar la humedad instantáneamente, lo que facilita la observación de muestras que contienen líquido.
• Cañón de electrones: El cañón de electrones de una máquina SEM es una parte que emite haces de electrones de alta energía. Suele constar de un filamento (como tungsteno), una fuente de electrones, un ánodo, etc. La función del cañón de electrones es acelerar, enfocar y transmitir los electrones al vacío, formando el haz que irradiará la muestra.
• Lentes electromagnéticas de enfoque: Se utilizan una o más lentes electromagnéticas para enfocar el haz de electrones en la superficie de la muestra. Las lentes utilizan la fuerza electromagnética para dar forma a la trayectoria de los electrones, concentrándolos en puntos específicos. Estas lentes desempeñan un papel clave en el ajuste del tamaño de la mancha del haz de electrones.
• Platina de muestras: La platina de un microscopio electrónico de barrido sostiene la muestra que se está observando. La platina puede moverse hacia la izquierda y la derecha, hacia arriba y hacia abajo, y hacia adentro y hacia afuera, permitiendo que el haz de electrones escanee toda la superficie de la muestra. La platina de muestras suele estar hecha de metal con mecanismos de movimiento precisos que pueden localizar la muestra a nivel micro o nanométrico.
• Sistema de detección: Una máquina SEM incorpora varios detectores diferentes para capturar los electrones emitidos por la muestra, incluidos los electrones secundarios, los electrones retrodispersados y otras señales (por ejemplo, rayos X liberados durante la excitación de la muestra). Estos detectores pueden incluir contadores de centelleo, tubos fotomultiplicadores, detectores de semiconductores, placas de microcanales, etc. La función de estos detectores es convertir las señales detectadas en señales eléctricas para su posterior procesamiento y generación de imágenes.
• Sistema de procesamiento de imágenes: Generalmente, un microscopio electrónico de barrido proporciona una imagen de un barrido de muestra por un haz de electrones fino. El sistema de procesamiento de imágenes de una máquina SEM recibe y procesa la información de la muestra que el haz ha excitado. El sistema almacena y procesa los datos, dando una presentación digital en un determinado formato. La imagen se puede guardar o imprimir para su posterior investigación y análisis.

Mantenimiento

• Limpieza de rutina: Es necesario limpiar periódicamente las partes externas e internas del instrumento, como las bombas de vacío, los filtros y los tubos de vacío.
• Calibración: Las máquinas SEM suelen tener equipos de calibración para garantizar la precisión de las mediciones y el correcto funcionamiento. La calibración periódica es necesaria para mantener la precisión y la estabilidad del instrumento.
• Cambie o rellene las entradas de vacío, los filtros y los aceites, que son partes importantes del sistema de vacío y deben mantenerse en buen estado para garantizar el correcto funcionamiento del instrumento.
• Reemplazo de piezas: Las piezas clave, como los cañones de electrones, los detectores y las lentes, suelen desgastarse o fallar, por lo que deben reemplazarse periódicamente para obtener un rendimiento óptimo.

Escenarios industriales para el uso de máquinas SEM

Las máquinas SEM en el contexto de la industria de los semiconductores se refieren a los equipos utilizados para diversas etapas del proceso de fabricación de semiconductores, como la implantación iónica, el grabado, el depósito y el envasado. A continuación se presentan algunas industrias clave que utilizan máquinas SEM en sus procesos de fabricación.

• Fabricación de semiconductores:

  La fabricación de semiconductores es un procedimiento altamente especializado. Requiere una gama de máquinas SEM, cada una de las cuales se dirige a una etapa específica de la fabricación de chips. Estas máquinas suelen estar altamente automatizadas y requieren una mínima intervención humana para funcionar eficazmente.

• Fabricación de productos electrónicos:

  Las máquinas SEM son vitales en la producción de circuitos integrados utilizados en diversos dispositivos electrónicos, como teléfonos inteligentes, tabletas y ordenadores portátiles. Crean chips para estos dispositivos utilizando algunas máquinas SEM, especialmente en la tecnología de placas de circuito impreso.

• Producción de paneles solares:

  Los paneles solares están hechos enteramente de materiales SEM. Esto significa que las máquinas SEM procesan obleas de silicio para formar los chips y otros componentes necesarios para los paneles solares.

• Industria automotriz:

  La industria automotriz depende cada vez más de los semiconductores para los componentes electrónicos de los vehículos, como circuitos integrados, sensores y microcontroladores. Estos dispositivos se utilizan en varios sistemas, incluidos el entretenimiento, las características de seguridad y el consumo de energía.

• Producción de dispositivos médicos:

  Los dispositivos de tecnología médica que utilizan tecnología avanzada requieren la fabricación de algunos SEM. Estos incluyen equipos de diagnóstico, dispositivos de imagen y sistemas de monitorización de pacientes. Estos dispositivos pueden incluir circuitos integrados, sensores y otros componentes electrónicos.

• Telecomunicaciones:

  Las redes de telecomunicaciones dependen de los SEM para su funcionamiento. Las empresas de telecomunicaciones utilizan los SEM para fabricar los chips y microprocesadores utilizados en los routers, los conmutadores y otros equipos de red. Esto permite la transmisión fluida de servicios de voz, datos y vídeo a través de redes móviles de banda ancha.

• Inteligencia artificial y aprendizaje automático:

  Las aplicaciones de IA y ML suelen requerir procesadores de alto rendimiento. Algunas máquinas SEM, como las unidades de procesamiento gráfico, se utilizan para diseñar y fabricar los chips.

• Electrónica de consumo:

  Dispositivos como teléfonos inteligentes, tabletas, dispositivos de bajo consumo energético, dispositivos domésticos inteligentes y dispositivos portátiles dependen de los circuitos integrados (CI) como sus componentes esenciales. Estos CI se diseñan y fabrican utilizando diferentes tipos de máquinas SEM.

• Robótica y automatización:

  Los sistemas de fabricación robótica y automatizada utilizados en fábricas y líneas de montaje dependen de las máquinas SEM. Algunas máquinas están integradas en robots, vehículos de guiado automático y sistemas de visión artificial para mejorar la eficiencia operativa.

Cómo elegir máquinas SEM

A la hora de elegir máquinas SEM (Search Engine Marketing), los compradores deben tener en cuenta las diversas características y tipos para una compra satisfactoria.

• Estructura y principio de funcionamiento

  La estructura básica de una máquina SEM incluye un sistema de vacío, un cañón de electrones, una platina de muestras, un sistema de aumento, un sistema de imagen, etc. Los compradores deben saber que cada parte de la máquina tiene sus propias características y métodos de trabajo específicos. Es importante asegurarse de que todos los componentes funcionen bien juntos para lograr un análisis superficial eficaz a través de la microscopía electrónica.

• Tipos de máquinas SEM

  En primer lugar, los compradores deben saber para qué tipos de muestras son adecuadas las máquinas SEM. Algunas máquinas están diseñadas para muestras sólidas, mientras que otras pueden adaptarse a tipos de muestras específicos, como muestras biológicas o de polímeros. Además, los compradores deben considerar las técnicas de preparación necesarias para las diferentes máquinas SEM. Además, los compradores deben asegurarse de que el microscopio electrónico elegido pueda proporcionar un aumento y una resolución adecuados para sus necesidades específicas de análisis de superficie. Los diferentes tipos de SEM ofrecen niveles variables de capacidades de aumento y resolución.

• Características adicionales

  Al elegir una máquina SEM, los compradores también deben considerar las características adicionales que mejoran las capacidades de análisis de superficie. Por ejemplo, los compradores pueden mirar los sistemas EDS de repuesto, que permiten la identificación elemental y el análisis de los elementos presentes en la superficie de la muestra. Además, los sistemas cryo-SEM son capaces de preservar el estado hidratado nativo de los especímenes biológicos enfriándolos a temperaturas criogénicas. Además, los compradores pueden optar por un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FEG-SEM). El FEG-SEM proporciona imágenes de mayor resolución y mejores propiedades de reducción de carga en comparación con las técnicas SEM tradicionales, lo que los hace adecuados para estudiar superficies con detalles intrincados y minimizar los efectos de carga superficial.

Preguntas y respuestas

P: ¿Cómo funciona una máquina de fabricación de semiconductores?

R: La esencia de cómo funciona una máquina de semiconductores para fabricar dispositivos reside en lo que está fabricando, las obleas. Una oblea se somete a muchos procesos, como la oxidación, la difusión, la implantación iónica, el grabado, la metalización, la oxidación y el depósito químico en fase vapor. Finalmente, las obleas se cortan y se fabrican dispositivos semiconductores.

P: ¿En qué se diferencian las máquinas SEM de las máquinas STM?

R: La microscopía de efecto túnel (STM) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) son dos técnicas de imagen que se utilizan para analizar materiales a escala nanométrica. Si bien funcionan según principios diferentes, son algo similares. Una diferencia principal es que una máquina SEM puede producir imágenes de un área mayor con mayor rapidez que un dispositivo STM. Sin embargo, la máquina STM puede proporcionar una imagen a escala atómica más detallada que una máquina SEM.

P: ¿Cuáles son algunas tecnologías de fabricación de semiconductores?

R: Algunos tipos comunes incluyen la oxidación, la implantación iónica, la epitaxia, el depósito químico en fase vapor, el depósito dieléctrico y la fotolitografía.

P: ¿Qué máquinas SEM se utilizan comúnmente?

R: Algunos tipos de dispositivos de microscopía electrónica de barrido (SEM) basados en el diseño y el uso incluyen el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM), el SEM de espectroscopia de dispersión de energía (EDS), el microscopio electrónico de transmisión (TEM) y el SEM de microscopía electrónica de barrido/transmisión (STEM).

P: ¿Cuáles son algunas aplicaciones de las máquinas de fabricación de semiconductores?

R: Las máquinas de fabricación se utilizan para fabricar transistores (que a su vez se utilizan para fabricar amplificadores), condensadores, diodos y circuitos integrados utilizados en diversos dispositivos como ordenadores, teléfonos inteligentes, tabletas, etc.