Fattori che influenzano il volume di interazione nella microscopia elettronica a scansione

Il punto nodale alla base della microscopia elettronica è, senza alcun dubbio, l’interazione elettrone-materia che si verifica nel momento in cui gli elettroni del fascio primario impattano con gli atomi del campione, interagendo in modi differenti e dando luogo a molteplici tipologie di segnali. Nel caso della microscopia elettronica a scansione, gli elettroni incidenti che penetrano nel campione producono il cosiddetto volume di interazione: i diversi segnali che possono essere rivelati, e perciò sfruttati per l’imaging o l’analisi chimica, provengono da specifiche regioni di tale volume. Inoltre, a seconda della profondità di penetrazione degli elettroni e della forma di tale volume, cambiano le informazioni che i segnali stessi portano.

Nel corso del tempo, sono stati condotti diversi studi computazionali atti a simulare la traiettoria degli elettroni all’interno del campione ed individuare i fattori che influenzano maggiormente l’estensione spaziale e la forma del volume di interazione.

La composizione chimica del campione è uno dei principali responsabili dell’entità di penetrazione degli elettroni del fascio primario nel campione stesso. Infatti, maggiore è la concentrazione di elementi  aventi numeri atomici elevati e minore è la dimensione del volume elettronico di interazione: ciò significa che elementi più pesanti, ad esempio oro o rame, hanno una maggiore capacità di frenamento nei confronti degli elettroni rispetto ad elementi più leggeri, come carbonio o silicio.

L’energia del fascio incidente è un altro importante fattore da tenere in considerazione: elettroni che posseggono energie più alte sono in grado di penetrare più in profondità, percorrendo distanze maggiori prima di essere frenati. Conseguentemente, la scelta della tensione di accelerazione deve tener conto anche di quali informazioni si vogliono ottenere, prediligendo, ad esempio nel caso dell’imaging, tensioni più basse qualora si vogliano far risaltare i dettagli più superficiali del campione.

Infine, a seconda dell’angolo di inclinazione del campione rispetto al fascio incidente, la forma del volume di interazione cambia radicalmente. Nel caso in cui il fascio elettronico sia normale alla superfice del campione, il volume di interazione è simmetrico; all’aumentare dell’angolo di inclinazione, invece, la distribuzione spaziale degli elettroni all’interno del campione si sposta sempre più lontano dal punto di impatto del fascio con la superficie del campione e l’entità di penetrazione degli elettroni nel materiale risulta molto più contenuta.

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