《SEM原理学习报告》PPT课件

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1、SEM原理学习报告2021/7/201目录一、SEM概述与发展趋势二、电子束与固体样品的相互作用三、SEM的基本原理和结构四、SEM成像机制五、SEM的三大特性概述六、影响分辨率的几大因素七、SEM图像及衬度八、SEM样品制备九、SEM附件7/20/20212一、SEM概述与发展趋势扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(ScanningElectronMicroscope），它是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，1873年Abbe和Helmholfz分別提出解像力与照射光的波長成反比。奠基了显微镜的理论基础。1897J.J.Thmso

2、n发现电子。1924LouisdeBroglie（1929年诺贝尔物理奖得主）提出电子本身具有波动的物理特性，進一步提供电子显微镜的理论基础。1926Busch发现电子可像光线经过玻璃透镜偏折一般，这种偏折由电磁場来改变。1931德国物理学家Knoll及Ruska首先发展出穿透式点子显微镜原型机。1937首部商业原型机制造成功（MetropolitanVickers牌）。1938第一部扫描电子显微镜由VonArdenne开发成功。1938∼39穿透式电子显微镜正式上市（西门子公司,50KV~100KV,分辨率20~30Å）。1941∼63分辨率提升至2~3Å（穿透

3、式）及100Å（扫描式）。1960EverhartandThornley發明二次电子偵測器。1965第一部商用SEM出現。SEM特点：高解析度影像、化学元素成分分析、多功能、实用方便、样品制备容易…。应用范围：冶金、矿物、半导体材料、生物医学、物理、化学等学科。不足之处：SEM影像解析度约为10Å，X射线能谱仪装置分析的最小区域只有大概1um，当样品要分析的地方小于1um时SEM就不能对其进行分析，而且在许多高科技材料制作过程中需要精确到原子层的厚度大小。7/20/20213S-4700扫描电镜实物图7/20/20214样品交换室反射电子侦测器EDS五轴系统二次电

4、子侦测器7/20/20215二、电子束与固体样品的相互作用SEM是利用聚焦得非常细的高能电子束轰击样品表面，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，可以对样品表面形貌进行观察。具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。电子散射区域二次电子(试样的表面形貌)电子束(～30kV)试样X线(元素)反射电子(形貌·成份)萤光(化学结合状态)试样吸收电流俄歇电子（元素）7/20/202161nm5-50nm100nm-1um500nm-5um7/20/20217定义被入射电子轰击出来的核外电子能量低于50e

5、V可逃逸范围距离样品表面50-500Å分辨率原因5-10nm激发于样品表面，入射电子没有被多次反射，因此二次电子产生的面积与入射电子的照射面积没有太大区别受影响因素样品表面形貌、电子束与样品入射角度图像SEI1、二次电子7/20/20218弹性反射电子非弹性反射电子定义被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的入射电子入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射的入射电子，能量、方向都发生变化能量等于或略小于入射电子能量数十电子伏特到数千电子伏特占据数量占据绝大部分很少一部分产生范围100nm-1um分辨率原因500-2000nm入射电子被多次反射，入射电子发生侧向扩

6、展受影响因素原子序数（原子序数高产生得多，低就少）、表面形貌（入射角大的地方多，小的地方少）图像BEI2、反射电子7/20/20219随着原子序数的增加，核外电子增加，入射电子发生弹性碰撞的可能性增加，反射电子增加。在BEI图像上相对原子序数高的地方就亮，相对低的地方就暗。7/20/2021103、特征X射线特征X射线是原子的内层电子受到激发以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。一般在试样的500nm-5um深处发出。因此可以加装EDS—能谱仪附件，侦测特征X射线对样品进行元素成分分析。一般从硼(B)-铀(Ｕ)，而氢和氦原子只有K层电子

7、（通常用K、L、M、N…表示主量数n=1、2、3、4…壳层的能级），不能产生特征X射线。氢氦不能产生特征X射线的原因：当高速电子轰击靶原子，将原子内层电子电离，内层产生一个电子的空位，外层电子跃迁到内层空位所发出的电磁辐射谱线-X射线。简单的说就是氢氦只有一层（K层）核外电子，就算K层的电子电离产生空位，也没有外层电子跃迁到k层。电子束和固体样品表面作用时的物理现象7/20/2021114、俄歇电子原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不足以X射线的形式释放而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。因每一种原子都由自己特定的

8、壳层能量，