扫描电子显微镜[001]

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1、扫描电子显微镜实验实验原理：1.SEM原理：扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像。2.机构组成：电子光学系统、信号的收集和图像显示系统、真空系统。3.功能介绍：利用电子和

2、物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。扫描电子显微镜正是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息；对x射线的采集，可得到物质化学成分的信息。根据不同需求，可制造出功能配置不同的扫描电子显微镜。4.主要性能：(1)分辨率扫描电镜的分辨率是通过测定图象中两个颗粒（或区域）间的最小距离来确定。测定的方法是在已知放大倍数（一般在10万倍）的条

3、件下，把在图像上测到的最小间距除以放大倍数所得数值就是分辨率。扫描电镜的分辨本领主要与下面几个因素有关:a.射电子束束斑直径；b.束束斑直径是扫描电镜分辨本领的极限；c.束在样品中的扩展效应(2)放大倍数(3)景深5.特点：仪器分辨本领较高；一起放大倍数变化范围大，且连续可调；图像景深大，富有立体感，可直接观察起伏较大的粗糙表面；试样制备简单；可做综合分析。6.电子束与固体样品作用时产生的信号： 扫描电镜成像所用地物理信号是电子束轰击固体样品而激发产生的。具有一定能量的一束电子射到试样上，电子与物质相

4、互作用，当电子的运动方向被改变时，称为散射。但当电子只改变运动方向而电子的能量不发生变化时，称为弹性散射。如果电子的运动方向和能量同时发生变化，称为非弹性散射。现将扫描电镜（包括电子探针）常用的各种物理信号讨论如下：电子与试样相互作用可以得到图1所示的各种信息。图1.入射电子轰击样品所产生的物理信号a.背散射电子背散射电子是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子。它又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子，弹性背散射电子是指只受到样品中原子核单次或很少几次大角度弹性散射后即被反射回来的入射电子，能量没有

5、发生变化（能量没有损失或基本上没有损失）。由于入射电子的能量很高，所以弹性背散射电子的能量能达到数千到数万电子伏。非弹性背散射电子是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射回来（反弹出样品表面）的初级电子，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。非弹性散射电子的能量分布范围很宽，从数十电子伏直到数千电子伏。从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性散射电子所占的份额多。背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围。由于它的产额能随样品原子序数增大而增多，所以不仅能用作形貌分析，而且可以用来显示原子序数衬度，定性地

6、用作成分分析。b.二次电子： 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电子叫做二次电子，即二次电子是被入射电子轰击出来的样品核外电子，又称为次级电子。二次电子是一种真空中的自由电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，因此，外层的电子比较容易和原子脱离，使原子电离。一个能量很高的入射电子射入样品时，可以产生许多自由电子、这些自由电子中90％是来自样品原子外层的价电子。二次电子的能量比较低，一般小于50eV，二次电子一般都是在表层5～10nm深度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏

7、感。因此，能非常有效的显示样品的表面形貌。二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析。c.吸收电子： 吸收电子是随着与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力不断下降以致最后被样品所吸收的入射电子。假定入射电子电流强度为i0，背散射电子流强度ib，二次电子流强度为is，则吸收电子产生的电流强度为ia＝i0－（ib＋is）。由此可见，入射电子束和样品作用后，若逸出表面的背散射电子和二次电子数量越少，则吸收电子信号强度越大。若把吸收电子信号调制成图象

8、，则它的衬度恰好和二次电子或背散射电子信号调制的图象衬度相反。 吸收电子与入射电子强速之比和试样的原子序数、入射电子的入射角、试样的表面结构有关。当电子束入射一个多元素的样品表面时，由于不同原子序数部位的二次电子产额基本上是相同的，则产生背散射电子较多的部位（原子序数大），其吸收电子的数量就较少，反之亦然。因此，吸收电子能产生原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。d.透射电子： 当试样很薄时，入射电子与试样作用引起弹性或非弹性散射透过试样的