Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ ba, 11/01/2011 21:34 (GMT+7)

Kính hiển vi điện tử quét tiến tới những thách thức của thế kỷ

Kể từ khi “cỗ máy” SEM thương phẩm đầu tiên xuất hiện vào năm 1964, SEM đã trở thành một công cụ mạnh để khảo sát các tính chất bề mặt của vật liệu trong các khoa học vật lý cũng như khoa học sự sống. SEM đã trở nên quá phổ biến trong ngành công nghiệp bán dẫn mà ở đó chúng được sử dụng để tạo ra (các thiết bị khắc chùm điện tử) và khảo sát vi cấu trúc các cấu kiện cực nhỏ, và nó đã trở thành một thiết bị then chốt trong các công việc mang tính chất “khẩn cấp” của công nghệ nano. Nếu so sánh với “người anh” trong làng hiển vi điện tử là kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) thì có vẻ SEM yếu thế hơn với những hạn chế về khả năng phân giải (TEM có thể cho độ phân giải siêu cao tới cấp độ từng nguyên tử) cũng như các phép phân tích có tính chính xác cao và nhiều thông tin, nhưng thay vào đó, SEM lại có những tính năng mà TEM không bao giờ có thể đạt được. Đó là SEM cực kỳ dễ sử dụng, dễ thao tác và thực hiện các phép đo mà không đòi hỏi phá hủy mẫu đo (ví dụ như các linh kiện điện tử là không thể phá hủy), một điều mà TEM không bao giờ làm được.

Sự giảm tốc độ của chùm điện tử sơ cấp ở SEM.

Tuy nhiên, đã có một cuộc cách mạng thầm lặng trong thế giới của SEM, chậm nhưng rất chắc chắn và rất có khả năng sẽ nhanhtróng lan rộng. Thiết bị SEM giờ đây đã có thể rất dễ dàng sử dụng để nghiên cứu bề mặt của các vật liệu khối ở độ phân giải cỡ nanomet mà không cần quan tâm đến việc nó sạch hay là bẩn, ẩm hay khô,nóng hay lạnh, dẫn điện hay không dẫn điện… Trong hầu hết các điều kiện thông dụng, độ phân giải cỡ nanomet hoàn toàn có thể đạt được – đặc biệt cho các mẫu mỏng có thể ghi ảnh ở chế độ truyền qua cóthể đạt dưới cấp nanomet. Một SEM bao gồm một nguồn phát tia điện tử được gia tốc với điện thế lớn (cỡ vài chục kV đến 100 kV) và được hội tụ bởi một hệ thấu kính để thu được một chùm tia điện tửhẹp. Chùm điện tử này được điều khiển để quét trên bề mặt mẫu. Từ các tín hiệu thu được do tương tác của chùm điện tử với bề mặt (điện tử tán xạ ngược, điện tử thứ cấp, tia X, huỳnh quang…) ta có thểdựng lên một bức ảnh về cấu trúc bề mặt và các thông tin liên quan khác (ví dụ thành phần hóa học, cấu trúc điện từ…).

Mẫu là phần tử tích cực

Những cải thiện cơ bản trong các tính năng của SEM đã được thúc đẩy bởi các công nghệ mới ví dụ như sử dụng nguồn phát điện tử phát xạ trường, các thấu kính nhấn chìm từ, các detector có độ nhạy cao và hiệu quả cao hơn và đặc biệt là buồng chuyển mẫu và giá mẫu. Ngoài ra, là một sự nhận thức đang ngày một phát triển trong cộng đồng sử dụng và nghiên cứu về SEM là hiệu năng có thể được khai thác tối đa bằng việc xử lý mẫu như một phần tử tích hợp và tích cực của hệ thống. Có nghĩa là nó sẽ mở ra những khả năng cho việc điều chỉnh các thí nghiệm để kết nối mẫu, để gỡ ra những thông tin cần thiết hay tiết lộ những gì không mong muốn và sử dụng SEM để chế tao những cấu trúc ở cấp độ ngày một nhỏ hơn.

Một chiến dịch để cải tiến tính năng của SEM là đặt một hiệu điện thế dịch âm vào mẫu nhằm làm chậm chùm tia chiếu tới tại bề mặt mẫu. Các điện tử có năng lượng thấp sẽ không đâm xuyên sâu vào bề mặt như các điện tử có năng lượng cao và do đó sẽ là một mũi dò bề mặt nhạy hơn. Ưu thế mang lại là dễ dàng hội tụ nó vào một điểm rất nhỏ và do đó sẽ cải thiện một cách đáng kể khả năng phân giải không gian. Hình 1 mô tả ví dụ này (kèm theo là một bức ảnh chụp kiểm chứng) mà ở đó năng lượng của chùm điện tử chỉ là 50 eV (so với chùm điện tử ban đầu là 2 keV). Độ xuyên sâu suy giảm của điện tử sơ cấp vào vật liệu cho độ nhạy bề mặt tốt hơn và với detector thích hợp, cho phép ghi ảnh điện tử tán xạ ngược năng lượng thấp và chất lượng cao (Hình 2). Kỹ thuật này được đồng nhất trong một là có khả năng cung cấp các thông tin về thành phần hóa học cũng như là hình thái học bề mặt của mẫu với độ phân giải cao ở cùng một thời gian.

STEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua quét) trong SEM

Ảnh chụp điện tử tán xạ ngược điện thế thấp và độ phân giải cao của một mẫu kim loại cho thấy sự xác định cao với một năng lượng hiệu dụng chùm tia là 1 keV. Bên phải là cơ cấu giảm tốc dùng để thu được bức ảnh, vCD là detector điện thế thấp, tương phản cao.

Một cách khai thác khác các tính năng của SEM là bố trí một detector bên dưới một mẫu mỏng để thu thập các điện tử truyền quamẫu – tương tự như trong STEM. Đó là kỹ thuật “STEM-in-SEM” tạo ra những ưu thế về năng lượng chùm tia sơ cấp tương đối thấp ở SEM (cỡ 30 keV), có nghĩa là có nhiều hơn các điện tử sơ cấp tán xạ khimà chúng truyền qua mẫu. Sự tán xạ tăng cường này khiến cho chúng trở nên dễ dàng hơn cho nghiên cứu các vật liệu có chứa các nguyên tử nhẹ ví dụ như carbon (vốn rất kém hiệu quả với các điện tử tánxạ). Và kỹ thuật này đã được sử dụng để nghiên cứu các vật liệu polymer, ống nanocarbon và các hợp chất hữu cơ…

Một sự đổi mới cực kỳ lý thú khác là kính hiển vi điện tử quét thân thiện môi trường (Environmental SEM – ESEM) có thể sử dụng trong chế độ STEM. Khái niệm “Thân thiện môi trường” ở đây là nói đến khả năng của thiết bị để chụp ảnh mẫu trong trạng thái tự nhiên hơn là những kính truyền thống chỉ chụp ảnh với mẫu được làm khô, được phủ vàng và đặt trong chân không cao. Các ESEM và các kính hiển vi khác sử dụng công nghệ tương tự được trang bị tốt để nghiên cứu các vật liệu khối cách điện ví dụ như oxide, gốm, thủy tinh và polymer. Các vật liệu này thường trở nên dẫn điện khi bị tích điện bởi chùm tia sơ cấp khiến cho các phép phân tích trở nên rất khó khăn.

Kỹ thuật này hoạt động bằng cách đưa vào một loại “khí chụp ảnh” (ví dụ như hơi nước) vào buồng mẫu. Khi chùm tia sơ cấp quét trên mẫu, nó sẽ tạo ra các điện tử thứ cấp làm iôn hóa các khí và tạo ra thêm các điện tử thứ cấp cũng như các iôn mang điện tích dương. Các điện tử bổ sung này sẽ làm khuếch đại tín hiệu điện tử thứ cấp trong khi các iôn dương thì bám vào mẫu mà ở đó chúng sẽ bị trung hòa nhờ các điện tích âm từ chùm điện tử sơ cấp.

Các chu trình làm ẩm và làm khô

Ảnh “STEM-in-SEM” một ống nanocarbon với đường kính ngoài là 75 nm, đường kính trong là 15 nm.

Nếu hơi nước được sử dụng như là khí chụp ảnh, buồng mẫu sẽ trở thành môi trường thích hợp cho việc làm bền các mẫu chứa chấtlỏngvà tiến hành các thí nghiệm “in-situ” – ví dụ như một mẫu có thể được nghiên cứu khi đưa nó vào các chu trình làm ướt và làm khô. Mẫu có thể được đốt nóng hay làm lạnh, kéo, nén và các thao táckhác kết hợp với một dải các khí thích hợp cho thí nghiệm. Các tiến bộ gần đây trong việc thiết kế các detector đã cho thấy rằng các thí nghiệm có thể tiến hành trong buồng mẫu với áp suất xung quanh4 kPa. Thực tế thì áp suất này cũng chưa đạt đến mức độ áp suất khí quyển (cỡ 101 kPa) nhưng nếu so với áp suất ở một SEM bình thường thì nó cao hơn cỡ một triệu lần.

SEM đang ngày càng trở nên có giá trị hơn trong công nghệ chế tạo các linh kiện ở thang nanomet cho kỹ thuật điện tử và các ứng dụng khác. Ví dụ như các tương tác của chùm điện tử với các khí có thể sử dụng để tạo nên việc điều khiển sự lắng đọng của các vật liệu như các kim loại hay các dạng khác nhau của carbon trên đế. Kỹ thuật này có thể sử dụng để xây dựng cấu trúc nano ba chiều hay tạo ra các đường nối giữa các phần tử kích thước nano. Một phương pháp tạo nên các cấu kiện siêu nhỏ sử dụng SEM là kỹ thuật quang khắc chùm điện tử (Electron beam lithography – EBL). Quá trình này sử dụng chùm điện tử để vẽ các bản vẽ mạch điện trên một đế có phủ các chất cản quang. Sau đó mẫu được đưa đến các quá trình tráng rửa để loại bỏ các phần cản quang không bị chiếu điện tử. Các kỹ thuật lắng đọng và ăn mòn hóa học có thể được kết hợp trong một môi trường khí trung gian giống như ESEM và sẽ dẫn đến các kỹ thuật quan trọng và mới cho việc tạo ra các cấu trúc nano.

Phân tích SEM có thể được tăng cường bằng một thiết bị tích hợp chùm iôn hội tụ (Focused Ion Beam – FIB), quét trên bề mặt mẫu giống như chùm điện tử. Thiết bị FIB có thể được sử dụng để loại bỏ các vật liệu khỏi bề mặt (gọi là quá trình ion milling) cho phép điện tử có thể dò sâu hơn vào trong vật liệu. Quá trình này được lặp lại một số lần để thu được một số các lát cắt mỏng 2 chiều qua một vật liệu, mà sau đó có thể được chuyển thành hình ảnh 3D. Lát mỏng có thể có chiều dày từ cỡ nanomet đến cấp micromet phụ thuộc vào kích cỡ phân bố của cấu kiện có mặt trong vật liệu. Các tính năng này có thể liên kết với các kỹ thuật phân tích truyền thống ví dụ như điện tử tán xạ ngược (EBSD), phân tích tia X (EDS) để xây dựng nên bức ảnh 3 chiều của cấu trúc và thành phần hóa học của mẫu. Trên đây là những trình bày vắn tắt chỉ ra một SEM hiện đại có thể đem lại những gì cho chúng ta từ các phép đo đạc hiện đại ở các vật liệu cứng và mềm, thậm chí các chất lỏng, sự tạo ảnh ba chiều, các thí nghiệm động và chế tạo các cấu trúc nano. Hầu hết đều là hiện thực nhờ khả năng điều khiển ở mức cực cao cung cấp bởi SEM – một tính năng mà bao gồm cả những sự phát triển công nghệ của nhiều thập kỷ liên kết với sức mạnh máy tính, phần mềm. Trong một thế giới độc đáo, một SEM không quá thấp kém đang tiến bước một cách hoành tráng đến các thách thức của thế kỷ 21.

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Góp ý Luật luật An toàn, vệ sinh lao động: Lấy bảo vệ con người và quản trị rủi ro làm trung tâm
Ngày 30/10/2026, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp Hội Khoa học Kỹ thuật An toàn Vệ sinh Lao động Việt Nam (VOSHA) tổ chức Hội thảo "Góp ý dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật An toàn, vệ sinh lao động". Hội thảo do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch VUSTA và GS.TS Lê Vân Trình, Chủ tịch VOSHA đồng chủ trì.
VUSTA công bố các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt
Ngày 30/10/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã trang trọng tổ chức Hội nghị công bố các quyết định quan trọng về công tác cán bộ. Lãnh đạo VUSTA đã trao quyết định nghỉ hưu hưởng chế độ cho 02 cán bộ, chuyên viên, đồng thời trao các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong giai đoạn mới.
Liên hiệp Hội Việt Nam hưởng ứng tháng “Vì người nghèo”
Sáng 27/10, tại Hội trường xã Quốc Oai, Khối thi đua các tổ chức thuộc lĩnh vực Khoa học - Kinh tế - Pháp luật - Giáo dục - Đối ngoại thuộc Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam phối hợp với Ủy ban MTTQ Việt Nam thành phố Hà Nội, Hội Luật gia thành phố Hà Nội và xã Quốc Oai tổ chức Hội nghị “Nghe dân nói, nói dân nghe” và thực hiện Tháng cao điểm vì người nghèo 2026.
Thủ tướng mong muốn đối tác quốc tế không chỉ đầu tư, sản xuất tại Việt Nam mà cùng kiến tạo chuỗi giá trị mới
Phát biểu tại Diễn đàn Kinh tế mùa Thu 2026, Thủ tướng Lê Minh Hưng khẳng định Việt Nam mong muốn các đối tác quốc tế không chỉ đầu tư, sản xuất tại Việt Nam mà cùng nghiên cứu, phát triển công nghệ, đổi mới sáng tạo và kiến tạo những chuỗi giá trị mới.
Tạo động lực tăng trưởng xanh từ khoa học, công nghệ
Chính phủ Việt Nam nhiều lần khẳng định quan điểm "không đánh đổi môi trường lấy tăng trưởng kinh tế". Trong bối cảnh đó, việc giải quyết hài hòa mối quan hệ giữa yêu cầu tăng trưởng nhanh và bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu thông qua các giải pháp khoa học, công nghệ đang trở thành yêu cầu cấp thiết hiện nay.
Hội nghị Đoàn Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam lần thứ nhất (khóa IX)
Chiều 28/10, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức Hội nghị Đoàn Chủ tịch lần thứ nhất (khóa IX), nhiệm kỳ 2026 - 2031. Hội nghị tập trung thảo luận, đóng góp ý kiến vào các dự thảo văn bản nền tảng quan trọng, đánh giá kết quả hoạt động từ sau Đại hội IX, đồng thời đề ra nhiệm vụ trọng tâm đến cuối năm 2026.
Hội nghị BCH Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tháng 10/2026: Tập trung lãnh đạo, chỉ đạo triển khai các nhiệm vụ trọng tâm
Sáng 28/10, tại Hà Nội, Đảng ủy Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị Ban Chấp hành Đảng bộ nhằm đánh giá kết quả công tác tháng 10, xác định nhiệm vụ trọng tâm tháng 11/2026 và triển khai một số nội dung quan trọng liên quan đến công tác xây dựng Đảng.
GS.VS. Châu Văn Minh: Tăng cường kết nối khoa học, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe nhân dân
Ngày 25/10/2026, tại Hà Nội, GS.VS. Châu Văn Minh, Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), đã tham dự và phát biểu tại Hội nghị khoa học “Cập nhật các tiến bộ mới trong quản lý bệnh tiêu hóa và gan mật”, kết hợp kỷ niệm 8 năm thành lập Viện Nghiên cứu và Đào tạo Tiêu hóa, Gan mật.
TECHFEST Việt Nam 2026 đưa sản phẩm công nghệ đến gần người dân
TECHFEST Việt Nam 2026 sẽ diễn ra tại Hà Nội từ ngày 13 đến 15/11, khu vực hồ Hoàn Kiếm và phố đi bộ là trung tâm với mô hình không gian mở, đưa các hoạt động trình diễn công nghệ, triển lãm sản phẩm khởi nghiệp và kết nối đầu tư đến gần hơn với người dân, doanh nghiệp, nhà đầu tư.
Liên hiệp Hội Thành phố Hồ Chí Minh và 7 giải pháp phát huy vai trò trí thức
Tư vấn, phản biện và giám định xã hội của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh là một hoạt động quan trọng nhằm phát huy trí tuệ, kinh nghiệm và trách nhiệm xã hội của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong quá trình hoạch định chính sách, quy hoạch và triển khai các chương trình, dự án phát triển.
Đề xuất giải pháp tăng cường vai trò kết nối của VUSTA với các Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện
Ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức hội thảo đề xuất các giải pháp đổi mới cơ chế phối hợp, phát huy tối đa tiềm năng của mạng lưới 92 Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện; khẳng định quyết tâm nâng tầm vai trò cầu nối của VUSTA, biến trí tuệ đội ngũ trí thức KH&CN thành những luận cứ khoa học tin cậy phục vụ các quyết sách của Đảng, Nhà nước và MTTQ.
Đưa tri thức số về bản, giúp người dân làm chủ công nghệ
Phổ biến kiến thức khoa học, kỹ thuật chỉ thực sự phát huy giá trị khi người dân có thể vận dụng vào đời sống. Từ hoạt động giảng dạy của chuyên gia Hội Mã số Mã vạch Việt Nam trong chương trình tập huấn “Người bản số” tại Lào Cai, có thể thấy rõ cách tiếp cận lấy kỹ năng thực hành, khả năng tự chủ và an toàn trên môi trường số làm trọng tâm.