Assignatura: TÈCNIQUES DE MICROSCÒPIA

Quadrimestre: Tardor

Crèdits ECTS: 2.5 ECTS

Professors: Francesca Peiró (Prof. Titular)
Jordi Arbiol (Prof. Associat)
Sònia Estradé (becari BRD)

Departament / Facultat: Dept. Electrònica – Facultat de Física, UB

Objectius: Objectius Generals i competències que l’alumne haurà d’haver assolit al finalitzar l’assignatura

OBJECTIUS GENERALS DE CONEIXEMENT

Conèixer els fonaments de les microscòpies electròniques i de sonda propera i la instrumentació relacionada.

Valorar adequadament els límits de resolució espaial i de dispersió en energia en el context global de les tècniques de caracterització.

Conèixer els diferents mètodes de preparació de mostres per valorar aplicabilitat en funció de la problemàtica específica i els possibles riscos de deteriorament o modificació de les mostres.

Conèixer el panorama més actual sobre l’aplicació de les eines de microscòpia per a la caracterització morfològica i analítica.

Conèixer els fòrums internacionals de més prestigi per a la difusió dels avenços en microscòpia.

Conèixer les instal·lacions de l’entorn proper i grans centres internacionals.

COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES

Habilitat bàsica d’utilització de microscopis d’escombrat i forces.

Diferenciar els modes de formació d’imatge de cada tècnica de microscòpia, saber interpretar la informació i conèixer possibles fonts d’error d’interpretació.

Saber extreure informació quantitativa a partir dels mètodes bàsics d’anàlisi de la difracció, d’imatges i de les tècniques analítiques relacionades.

Valorar la idoneïtat d’utilitzar eines de microscòpia per a la resolució d’un problema específic en termes d’esforç humà i econòmic – resultats esperats.

Definir estratègies de caracterització per microscòpia electrònica o de sonda propera en funció de la problemàtica a resoldre i de la complementarietat amb altres tècniques de caracterització.

Valorar la complementarietat de les observacions directes amb les eines de quantificació i simulació adequades per a l’anàlisi en profunditat de la informació.

Recomanacions / Requisits previs

Recomanable nocions elementals de cristal·lografia i difracció
Recomanable coneixement de fonaments d’Òptica

CONTINGUTS:

Tema 1. Introducció a la microscòpia electrònica

Interacció electró – matèria
Configuració del microscopi electrònic. Fonts d’electrons i lents electromagnètiques. Aberracions i resolució.
Sistemes de detecció.
Mètodes de preparació de mostres

Tema 2. Microscòpia Electrònica d’Escombrat

Formació d’imatges topogràfiques i de composició.
Modes d’observació en baix voltatge.
Microscòpia electrònica ambiental (ESEM).
Microscòpia SEM i nanofabricació: SEM-FIB

Tema 3. Microscòpia Electrònica de Transmissió

Fonaments de la formació d’imatge. Principis de difracció dels electrons. Interpretació d’imatges amb contrast de difracció.
Contrast de fase i microscòpia d’alta resolució (HRTEM). Límits de resolució. Interpretació d’imatges amb contrast de fase.

Tema 4. Microscòpia electrònica analítica (AEM)

Espectroscòpia de Raig-X. Detectors per dispersió d’energia (EDS) i longitud d’ona (WDS). Anàlisi qualitatiu de raig-X (XEDS) en SEM i TEM.
Introducció a l’espectroscòpia de pèrdua d’energia dels electrons (EELS).

Tema 5. Microscòpies de sonda propera

Microscòpia de Forces atòmiques (AFM). Modes de treball. Aplicacions a nanomanipulació i nanoprocessat. AFM conductomètric (c-AFM) i AFM tunel (TUNA)
Altres microscòpies de forces: Microscòpia de forces electrostàtiques Electrostatic (EFM). Microscòpia de forces magnètiques (MFM), Microscòpia de sonda Kelvin (KPM),...
Microscòpia d’efecte Túnel (STM). Modes de treball en current constant i distància constant. Espectroscòpies I(V) and I(Z)

Tema 6. Microscòpies òptiques

Microscòpia Confocal. Instrumentació i principis bàsics de funcionament. Aplicacions.

Microscòpia òptica de rastreig de camp proper (SNOM). Instrumentació i principis bàsics de funcionament. Aplicacions.

Planificació:

Hores presencials aula: 13 hores (classes magistrals)

Hores Laboratori: 20 hores

Hores de treball no presencial: 11 hores

Hores de preparació i estudi per part de l’alumne: 25 hores

Pràctiques: Sessions de Laboratori

Considerem la realització d’un total de 8 sessions de laboratori de 2.5 hores cada una, amb una distribució per grups dels alumnes. Aquestes sessions es durien a terme bàsicament a les instal·lacions dels Serveis Científico-Tècnics de la Universitat de Barcelona. Dues d’elles serien dedicades a la introducció als instruments. Les 6 restants es complementarien amb exercicis derivats de l’execució pràctica i es resoldrien individualment o en grup, fent posteriorment una posada en comú dels resultats.

Bibliografia

BIBLIOGRAFIA BÀSICA

Physical Principles of Electron Microscopy : An Introduction to TEM, SEM, and AEM
Ray F. Egerton
Kluwer Academic-Plenum Publishers (2005) ISBN: 0-387-25800-0

Handbook of Microscopy for Nanotechnology
N. Yao, Nan and Z. Wang, Zhong L.
Kluwer Academic-Plenum Publishers (2005) ISBN: 1-4020-8003-4

Transmission Electron Microscopy
M D.B. Williams, C.B. Carter
Plenum Press, New York, (1996). ISBN: 0-306-45247-2

Scanning electron microscopy and X-Ray micronanalysis
J.I. Glodstein, D. Newbury, D. Joy, C. Lyman, P. Echlin, E. Lifshin, L. Sawyer, and J. Michael
3ªEd. Kluwer Academic-Plenum Publishers (2003) ISBN: 0-306-47292-9

Scanning Probe Microscopes: Applications in Science and Technology
K. S. Birdi, CRC Press, (2003).

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTÀRIA

Electron Microscopy and Analysis
P. Goodhew, J. Humphreys, R. Beanland
3 Ed. Taylor & Francis (2001) ISBN: 7484-0968-8

Electron energy-loss spectroscopy in the electron microscope
R.F. Egerton
2ª Edició. New York Plenum Press, (1996) ISBN: 0306452235

Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials
Fultz, Brent, Howe, James M.
2nd ed. Springer (2002). ISBN: 3-540-43764-9

Advanced Scanning electron microscopy and X-Ray micronanalysis
D.E. Newbury, D.C. Joy, P. Echlin, C.E. Fiori and J.I. Glodstein,
3ªEd. Kluwer Academic-Plenum Publishers (2003) ISBN: 0-306-42140-2

Scanning probe microscopy and spectroscopy: theory, techniques, and applications
Dawn A. Bonnel (ed.), (New York : Wiley-VCH, cop. (2001).