BSE, EDS 분석 정의와 기본 이론

 

BSE, EDS 분석 정의와 기본 이론

 

 

이전에 SEM 분석에 대한 내용을 설명 하였습니다.

 

이번 시간에는 SEM 기기의 추가 악세사리 기능인 BSE, EDS 분석에 대해서 설명 하고자 합니다.

 

 

 

** 본 내용의 간단 정의**

 

BSE (Back Scattered Electron): 시편의 내부 정보를 표현 가능한 이미지 촬영 

 

EDS or EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy): SEM 이미지 내에서 포함하는 원소를 정성 정량적으로 평가하는 분석

 

 

그림. SEM의 전자가 시편의 산란 모식도

 

 

 

1) BSE (Back Scattered Electron)

 

  BSE 이미지는 시편에 충돌한 전자가 에너지가 보존된 상태로 산란하는 탄성 산란 전자를 사용한 SEM 분석 장비의

 

  추가적인 mode 입니다. 먼저 아래 사진의 왼쪽 (SEM), 오른쪽 (BSE) 이미지 입니다.

 

 

BSE는 내부의 탄성 산란 전자를 통해서 시편의 내부 정보까지 이미지로 나타낼 수 있다는 특징이 있습니다.

 

BSE 이미지는 무거운 원소 일수록 밝은색으로 표현됩니다. (이는 원소의 중량에 따라 전자의 산란양 결정)

 

금속 합금 및 상변태 연구에 자주 사용되며 주로 금속 전공자 들이 많이 사용하는 모드 입니다.

 

표면의 거칠기 및 현상을 봐야 하는 상황은 SEM (박막 공정 및 공정 연구등)

 

금속 합금의 분석이 필요한 상황에서는 BSE (금속 합금 미세조직 연구)

 

 

ex) 오른쪽 위 BSE 이미지 간단한 해석

    -  흰색/ 옅은 회색 / 진한 회색  3상으로 이루어져 있음을 이미지로 확인 가능
    -  흰색 >연은 회색 > 진한 회색의 순서로 무거운 원소의 함유량이 높은것이 특징
       -> SEM 이미지에서는 3상을 정확하게 구분하기가 어렵다.

 

 

 ex) 오른쪽 아래 BSE 이미지 간단한 해석

 

    - 짙은 회색/밝은 회색의 2상이 라멜라 구조 (lamellar structure)를 이루고 있는 특징
      -> SEM 이미지에서는 2상의 라멜라 구조를 명확하게 확인 할 수 없다.

 

 

 

그림. SEM VS BSE 표면 산화물 측정 비교

      

하지만, BSE는 재료의 내부 정보를 포함하기 때문에 표면의 모양을 관찰하는 분석에는 어울리지 않습니다.

 

위의 예시를 보았을때 BSE 이미지에서는 표면의 산화물 모양을 정확하게 확인하는 것이 어렵습니다.

 

이는 내부의 정보 까지 포함하고 있는 이미지이기 때문이죠.

 

외관의 형상에 주목 할 때에는 SEM 모드  / 합금의 폴리싱 이후에 내부 분석에는 BSE 모드를 사용하여

 

분석 의도에 맞춘 현미경 분석 선택이 요구 됩니다.

 

 

 

2) EDS or EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

 

  ** EDS 간단 원리

    EDS 분석은 SEM의 전자가 시편에 충돌하여 내각 전자를 방출시키고 그 빈자리를 외각 전자가 천이해

 

    채우면서 방출되는 특정 X-선을 스캔하는 분석입니다.

 

    이러한  X-선 방출양 자체가 재료의 특성이기 때문에 방출되는 X-선을 스캔하여 내부의 원소를 검출하는 것입니다.

그림. X-선 생성 원리

 

  ** EDS 정성 분석 (EDS Mapping 분석)

 

       정성 분석은 재료내에 어떠한 원소가 들었는지 확인 하는 분석입니다.

 

       일반적으로 Mapping 분석이라고 하는데 SEM 이미지 상에서 포함하는 원소를 색으로 표현하는 분석 입니다.

 

       아래 그림을 예시로 모았을때 시편에 Al, Ag 위주로 되어 있는 재료 임을 mapping 분석으로 쉽게  확인 가능

 

      

 

그림. EDS 정성 분석 mapping

              이러한 정성 분석을 통하여 재료의 phase 분석 및 연구 변수에 대한 증명등 다양한 활용 폭을 가지는

 

              정성 분석 입니다.

 

 

  ** EDS 정량 분석 (EDS point 분석)

 

그림. EDS 정량 분석 예시 (1)

 

      정량 분석은 단어 뜻 그대로 원소의 함량을 정확하게 분석해 내는 것을 말합니다.

 

      EDS 정량 분석을 통하여 SEM 이미지 상의 원하는 부분에 원소의 양을 측정 할 수 있습니다.

 

      ex)  SEM 사진 상에 포인트를 찍은 부분이  Ti 84.79 at%, Al 11.68 at%, V 3.53 at%으로 Ti-6Al-4V 합금인 것을
            유추 할 수 있습니다.

 

 

그림. EDS 정량 분석 예시 (2)

 

     ex) 앞선 내용과 마찬가지로 표면의 코팅 연구에서도 정량 분석을 통해 코팅층의 원소 함량을 확인 할 수 있습니다.

 

포스팅 요약

 

 1. BSE 이미지를 통하여 금속의 내부의 정보를 담은 이미지를 촬영 할 수 있다. (무거운 원소는 밝은 색깔)

 2. 외관 형상이 중요한 시편의 경우에는 SEM 분석을 활요한다.

 3. 시편의 포함 원소나 함유량을 알고 싶을 때에는 EDS 분석의 정성 및 정량 분석을 진행한다.