扫描电镜SEM简介-PPT版

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1、扫描电镜SEM简介扫描电子显微镜扫描电子显微镜，简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(ScanningElectronMicroscope)。它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。扫描电子显微镜主要内容SEM的产生电子束与固体的相互作用SEM的结构与工作原理SEM的衬度与成像SEM的特性与优点SEM的样品制备应用举例光学显微镜的极限SEM的产生电子束作为光

2、源根据德布罗意公式：考虑相对论效应V=10KV→λ=0.0122nm金属线圈对电子流折射聚焦：电场和磁场可以作为电子束的透镜，进行折射和聚焦。SEM的产生SEM的产生过程1924年，德布罗意(DeBroglie）提出物质波的概念;1926年，德国的Garbor和Busch发现用铁壳封闭的线圈形成轴对称磁场可以使电子流折射聚焦;1935年，德国的Knoll提出现代SEM的概念;1965年，英国剑桥仪器公司生产出第一台商用SEM;1968年，Knoll研制出场发射电子枪；1975年，中国科学院北京科学仪器厂生产了我国第一台SEM，分辨率为10nm。SEM的产生Ma

3、xKnoll(1897-1969)1935年提出扫描电镜的设计思想和工作原理。1965年，剑桥仪器公司制造出世界第一台商用扫描电镜。SEM的产生电子束与固体的相互作用一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子束与试样的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映试样形貌、结构和组成的各种信息。包括：二次电子、背散射电子、特征X射线、俄歇电子、吸收电子、透射电子、阴极荧光等。电子束与固体的相互作用二次电子二次电子是指在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外层电子。入射高压电子束二次电子的能量较低，一般都不超过50ev。大多数二次电子只带有几俄歇电子背散

4、射电子个电子伏的能量。二次电子阴极荧光二次电子一般都是在表层5-10nm深X射线度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常样品吸收电子有效地显示样品的表面形貌。透射电子它的产额与原子序数Z没有明显关系，不能进行成分分析。电子束与固体的相互作用背散射电子背散射电子是固体样品中原子核“反射”回来的一部分入射电子，分弹性散射电子和非弹性散射电子。入射高压电子束背散射电子的产生深度100nm~1μm俄歇电子背散射电子背散射电子的产额随原子序数Z的增二次电子加而增加，I∝Z2/3~3/4阴极荧光X射线利用背散射电子作为成像信号不仅能样品吸收电子分析形貌特征，还

5、可以作为原子序数程度，进行定性成分分析。透射电子电子束与固体的相互作用X射线入射高压电子束背散射电子俄歇电子二次电子阴极荧光X射线样品吸收电子透射电子电子束与固体的相互作用俄歇电子如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另—个电子发射出去，这个被入射高压电子束电离出来的电子称为俄歇电子。俄歇电子背散射电子俄歇电子能量各有特征值(壳层)，能二次电子量很低，一般为50-1500eV。阴极荧光X射线俄歇电子的平均白由程很小(~1nm)。只有在距离表面层1nm左右范围内(即样品吸收电子几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具

6、备特征能量，俄歇电子产生的几率透射电子随原子序数增加而减少，因此，特别适合作表层轻元素成分分析。电子束与固体的相互作用其它信息入射电子进人样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽,最后被样品吸收，即吸收电子。入射高压电子束如果被分析的样品很薄．那么俄歇电子背散射电子就会有一部分入射电子穿过薄二次电子样品而成为透射电子。阴极荧光X射线半导体样品在入射电子的照射样品吸收电子下，产生电子-空穴对。当电子与空穴发生复合时，会发射光透射电子子，叫做阴极荧光。电子束与固体的相互作用各种信号的作用深度和广度可以产生信号的区域称为有效作用区，有效作用区的最深处为电子有效作用深度。在有效作用

7、区内的信号并不一定都能逸出材料表面、成为有效的可供采集的信号。这是因为各种信号的能量不同，样品对不同信号的吸收和散射也不同。随着信号的有效作用深度增加，作用区的范围增加，信号产生的空间范围也增加，这对于信号的空间分辨率是不利的。电子束的滴状作用体积示意图电子束与固体的相互作用各种信号的空间分辨率二次电子：5~10nm=>形貌分析背散射电子：50~200nm吸收电子：100~1000nm成分特征X射线：100~1000nm分析俄歇电子：0.5~2nm电子束的滴状作用体积示意图电子