扫描电镜原理-SEM.ppt

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1、第一节扫描电镜的基本结构及特征第二节电子束和样品作用产生的各类信号分析第三节能谱仪及X射线产生第四节扫描电镜成像及EDS成分分析操作扫描电子显微镜成像及能谱分析OpticalMicroscopeScanElectronMicroscope第一节扫描电镜的基本结构及特征样品腔电子束系统SEM控制台计算机系统样品腔样品台OM&SEMComparison显微镜类型照明源照射方式成像信息OM可见光光束在试样上以静止方式投射反射光/投射光SEM电子束电子束在试样上作光栅状扫描反射电子PicturesofSEM注射针头的扫描电镜照片PicturesofSEM果蝇：不

2、同倍率的扫描电镜照片电子显微镜的分类工作模式：透射电子显微镜扫描电子显微镜分析功能普通型分析型应用范围生物样品用电镜材料科学用电镜电子枪类型场离子发射（FEG）六硼化镧LaB6钨灯丝样品室真空度ESEM环扫低真空普通高真空电子枪亮度单位面积单位立体角的电流密度场离子发射（FEG）107–109热场和冷场六硼化镧LaB6106钨灯丝105电子枪总束流钨灯丝–最大六硼化镧LaB6中间场离子发射–最小电子枪★焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形貌的研究★放大倍数范围广，从几十倍到二三十万倍。★制样简单，样品的电子损伤小这些方面优于TEM，所以SEM成为高分

3、子材料常用的重要剖析手段扫描电镜的最大特点SEM与TEM的主要区别★在原理上，SEM不是用透射电子成像，而是用二次电子和背散射电子成像。★在仪器构造上，除了光源、真空系统相似外，检测系统完全不同。SEM的主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越随得到好的分辨效果。但电子束直径越小，信噪比越小。扫描电镜(SEM)基本概念分辨率SEM的焦深是较好光学显微镜的300－600倍。焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦。焦深衬度表面形貌衬度原子序数衬度△F——焦深；d——电子束直

4、径；2a——物镜的孔径角原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背散射电子、吸收电子、X射线，对微区内原子序数的差异相当敏感，而二次电子不敏感。衬度表面形貌衬度主要是样品表面的凹凸(称为表面地理)决定的。一般情况下，入射电子能从试详表面下约5nm厚的薄层激发出二次电子。表面形貌衬度原子序数衬度扫描电镜(SEM)基本工作原理电镜构造的两个特点1、磁透镜磁透镜工作原理光学显微镜中的玻璃透镜不能用于电镜，因为它们没有聚焦成像的能力。由于电子带电，会与磁力线相互作用，而使电子束在线圈的下方聚焦。只要改变线圈的励磁电流，就可以使电镜的放大倍数连续变化。为了使磁场更

5、集中在线周内部也包有软铁制成的包铁，称为极靴化，极靴磁透镜磁场被集中在上下极靴间的小空间内，磁场强度进一步提高。2、因为空气会便电子强烈地散射，所以凡有电子运行的部分都要求处于高真空，要达到1.33×10－4Pa或更高。一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子的运动方向被改变，称为散射。散射弹性散射非弹性散射电子只改变运动方向而电子的能量不发生变化电子的运动方向和能量都发生变化第二节电子束和样品作用产生的各类信号分析散射及散射电子透射电子直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电镜(TEM)的成像和衍射二次电子如果入射电子撞击样品表面原

6、子的外层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。二次电子和背散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。特征X射线如果入射电子把样品表面原子的内层电子撞出，被激发的空穴由高能级电子填充时，能量以电磁辐射的形式放出，就产生特征X射线，可用于元素分析。俄歇(Auger)电子如果入射电子把外层电子打进内层，原子被激发了．为释放能量而电离出次外层电子，叫俄歇电子。主要用于轻元素和超轻元素(除H和He)的分析，称为俄歇电子能谱仪背散射电子入射

7、电子穿达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；反射角的大小取决于离核的距离和原来的能量，实际上任何方向都有散射，即形成背景散射阴极荧光如果入射电子使试样的原于内电子发生电离，高能级的电子向低能级跃迁时发出的光波长较长(在可见光或紫外区)，称为阴极荧光，可用作光谱分析，但它通常非常微弱~10nm:二次电子~1~2mm:背散射电子~2~5mm:X-射线/阴极荧光交互作用区一次电子束电子束-样品交互作用区同一样品,不同能量电子束25kV15kV5kV不同样品,同一能量电子束银碳铁70倾斜30倾斜0无倾斜样品面倾斜效应-边缘效应X-射线的空间分辨率低原子序

8、Z高原子序Z高加速电压kV低加速电压kV电子束斑大小基本不能影响分辨率而加速电压