扫描电镜使用原理
第四章 扫描电子显微
分析
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与电子探针 第一节 扫描电子显微镜工作原理及构造 一、工作原理 二、构造与主要性能 第二节 像衬原理与应用 像衬原理 一、像衬原理 二、应用 第三节 电子探针X射线显微分析(EPMA) 一、能谱仪 二、波谱仪 三、EPMA的基本工作方式 1 XRD、TEM、ED，SEM应用实例 第一节 扫描电子显微镜工作原理及构造 一、工作原理成像原理:利用细聚焦电子束在样品
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。类似电视摄影显像的方式。SEM的样品室附近可以装入多个探测器。目前的扫描电子显微镜可以进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。 SEM原理示意图 2一、工作原理 电子束经三个电磁透镜聚焦后，成直径 为几个纳米的电子束。 末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在 试样表面上做光栅状扫描。 试样在电子束作用下，激发出各种信号， 信号的强度取决于试样表面的形貌、受 激区域的成分和晶体取向。 在试样附近的探测器把激发出的电子信 号接受下来，经信号处理放大系统后， 输送到显像管栅极以调制显像管的亮度 输送到显像管栅极以调制显像管的亮度。 由于显像管中的电子束和镜筒中的电子 束是同步扫描的，显像管上各点的亮度 是由试样上各点激发出的电子信号强度 来调制的，即由试样表面上任一点所收 集来的信号强度与显像管屏上相应点亮 度之间是一一对应的。因此，试样各点 状态不同，显像管各点相应的亮度也必 不同，由此得到的像一定是试样状态的 反映。SEM原理与TEM的主要区别:1) 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的: 在扫描线圈产生的电
)由于不需要穿过样品 的加速电磁场的作用下，细聚焦电子 束在样品表面扫描。
压远比2)由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比 TEM低;在SEM中加速电压一般在200V 到50 kV 范围内。3) 样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。二、构造与主要性能 电子光学系统镜筒 偏转系统 信号检测放大系统SEM的构造 图像显示和记录系统 电源系统 真空系统 51. 电子光学系统由电子抢、电磁聚光镜、光栏、样品室等部件组成。作用:获得扫描电子束。 6 电子光学系统示意图 几种类型电子枪性能比较电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径 7 2. 偏转系统作用:使电子束产生横向偏转。主要包括:用于形成光栅状扫描的扫描系统，以及使样品上的电子束间断性消隐或截断的偏转系统。可以采用横向静电场，也可采用横向磁场。 a光栅扫描 b角光栅扫描 电子束在样品表面进行的扫描方式 83(信号检测放大系统 作用:收集探测样品在入射电子束作用下产生 的各种物理信号，并进行放大。 不同的物理信号，要用不同类型的收集系统(探 测器)。 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采 二次电子 背散射电子和透射电子的信号都可采 用闪烁计数器来进行检测。 闪烁计数器是由闪烁体、光导管、光电倍增管组 成。具有低噪声、宽频带10Hz1MHz、高 增益106等特点 93(信号检测放大系统 信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复 合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增 器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经 视频放大器放大后就成为调制信号。 104. SEM的主要性能指标 (1)(放大倍数 As 荧光屏上的扫描振幅 K, Ac 电子束在样品上的扫描振幅 放大倍数与扫描面积的关系: 若荧光屏画面面积为10×10cm2 放大倍数 扫描面积 10× 1cm2 100× 1mm2 1000× 100μm2 10000× 10μm2 100000× 1μm2 4. SEM的主要性能指标(2)分辨率 :样品上可以分辨的两个邻近的质点 或线条间的距离。 如何测量:拍摄图象上，亮区间最小暗间 隙宽度除以放大倍数。 影响SEM图像分辨率的主要因素有: ?
扫描电子束斑直径 ;?入射电子束在样品中的扩展效应;?操作方式及其所用的调制信号;?信号噪音比;?杂散磁场;?机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。 12(3)景深 SEM(二次电子像)的景深比光学显微镜的大，成像富有立体感。 4. SEM的主要性能指标(2)分辨率 :样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间 的距离。 如何测量:拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度除以 放大倍数。 影响SEM图像分辨率的主要因素有: ?扫描电子束斑直径 ; ?入射电子束在样品中的扩展效应; ?信号噪音比; ?杂散磁场; ?机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。 13扫描电子显微镜景深 14日立 S-4800 场发射扫描电子显微镜 主要性能: 二次电子像分辨率:1.0nm15kv;1.4nm1kv 减速模式;2.0nm 1kV普通模式 加速电压:0.5 30kV 放大倍率:×20 ×800000 束流强度:1pA2nA 物镜光栏:加热自清洁式、四孔、可移动物镜光 物镜光栏:加热自清洁式 四孔 可移动物镜光 栏 样品室和样品台:移动范围:X:050mm;Y: 05mm;Z:1.530mm;T:-5700旋转R: 3600，最大样品尺寸:100mm 探测器: 高位探头可选择接受二次电子像
射像，并混合 INCA Energy 350 X射线能谱仪技术指标: X-sight SiLi 探测或背散
器 专利，SuperATW 窗口 30mm2 活区，分辨率优于133eV MnKα处计数 率为4000cps，分析元素范围:Be4-U92 15第二节 像衬原理与应用 一、像衬原理 像的衬度:像的各部分即各像元强度相对于其平均强度 的变化。 SEM可以用二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射 线(带EDS或WDS)、俄歇电子(单独的俄歇电
(二次电子像衬度及特点 二次电子信号主要来自样子能谱 仪)等信号成像。 161
品表层510nm深度范围，能 量较低小于50eV。 影响二次电子产额的因素主要有: 1入射电子的能量; 2材料的原子序数; 3样品倾斜角。 17二次电子像的衬度可以分为以下几类: 1形貌衬度 样品倾斜角越大 2成分衬度 二次电子产额越大 3电压衬度 图像越明亮 4磁衬度第一类 入射电子束 表面法线 样品倾斜角 形貌衬度原理 18二次电子像衬度的特点:(1)分辨率高(2)景深大，立体感强(3)主要反映形貌衬度。 通常所指的扫描电镜的分辨率，就是指二次电子像的分辨 率。 192(背散射电子像衬度及特点影响背散射电子产额的因素: 1 原子序数Z 2 入射电子能量E0 3 样品倾斜角背散射电子像衬度: 1 成分衬度 2 形貌衬度 3 磁衬度第二类与二次电子像比较，其特点: (1)分辩率低 背散射系数与原子序数的关系 (2)背散射电子检测效率低，衬 度小 当观察原子序数衬度时，需将 (3)主要反应原子序数衬度 样品磨平、抛光。 20
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