扫描电子显微镜（sem）ppt培训课件

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1、第十四章扫描电子显微镜电子束与固体样品相互作用扫描电镜结构原理主要性能指标二次电子图象衬度原理及其应用背散射电子图象衬度原理及其应用其它信号图象扫描电镜操作样品制备7/9/20211主要优点：放大倍数大、制样方便、分辨率高、景深大等目前广泛应用于材料、生物等研究领域扫描电子显微镜的成象原理和光学显微镜、透射电子显微镜均不同，它不是以透镜放大成象，而是以类似电视摄影显象的方式、用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发产生的某些物理信号来调制成象，近年扫描电镜多与波谱仪、能谱仪等组合构成用途广泛的多功能仪器。第一节电子束与固体样品相互作用如图，当高能电子束轰击样品表面时，由于入射电子

2、束与样品间的相互作用，99％以上的入射电子能量将转变成热能，其余约1％的入射电子能量，将从样品中激发出各种有用的信息，它们包括：一、二次电子二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变化不明显，主要决定于表面形貌。二、背散射电子是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电子，它来自样品表层0.1~1m深度范围，其能量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。三、透射电子当

3、样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能量。四、吸收电子残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的。五、俄歇电子从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。六、特征X射线样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。七、阴极荧光入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激发出来的可见光或红外光。八、感应

4、电动势入射电子束照射半导体器件的PN结时，将产生由于电子束照射而引起的电动势.。上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转变为放大的电信号，并在显象管荧光屏上或X－Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功能。第二节扫描电镜结构原理结构组成扫描电镜与透射电镜的主要区别成象原理一、结构组成组成：电子光学系统、信号接受处理显示系统、供电系统、真空系统。结构原理图如图。二、扫描电镜与透射电镜的主要区别1.扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜，而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用信号接受处理显示系统来完成的。2.扫描电镜的

5、成象过程与透射电镜的成象原理是完全不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象；扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜体外显象管上显示。三、成象原理在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20m的电子束。末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上作光栅状扫描。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、受激区域的成份和晶体取向，置于试样附近的探测器和试样接地之间的高灵敏毫微安计把激发出来的电子信号接

6、收下来，经信号处理放大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各点激发出来的电子信号强度来调制的，即由试样上任一点所收集来的信号强度与显象管荧光屏上相应点亮度是一一对应的。通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散射电子象。第三节主要性能指标分辨本领与景深放大倍数及有效放大倍数主要仪器一、分辨本领与景深扫描电镜的分辨本领有两重含义：对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域；对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直径，因为入射电子束与试样相互作

7、用会使入射电子束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径，如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。表5-1各种信号成象的分辨本领信号分辨率(nm)发射深度(nm)二次电子5~105~50背散射电子50~200100~1000吸收电子100~1000透射电子0.5~10感应电动势300~1000阴极荧光300~1000X射线100~1000500~5000俄歇电子5~100.5~2扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描电镜的