第4章电子显微镜ppt课件.ppt

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1、第四章扫描电子显微镜（SEM)ScanningElectronMicroanalyzer大纲扫描电镜优点引言扫描电镜衬度像扫描电镜的主要指标电子束与固体样品作用时产生的信号扫描电镜的构造扫描电镜的工作原理大纲扫描电镜图像异常扫描电镜的样品制备扫描电镜图像产生缺陷的原因扫描电镜的应用实例1.引言扫描电子显微镜简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(ScanningElectronMicroscope)，是一种新型的电子光学仪器，是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。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

2、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都能与能谱(EDS)结合，可以进行成分分析。所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已经广泛应用于材料、冶金、矿物、生物学等领域，促进了各个学科的发展。1.引言第一台可以用来做检测样品的扫描电镜是1942年，Zworykinetal在美国RCA实验室建造的，分辨率1微米。二战后，英国剑桥大学工程系的CharlesOatley和他的学生McMullan在英格兰建造了他们的第一台SEM，到1952年，他们实现了50nm的分辨率。扫描电镜具备的潜能，开始受到商业重视。1959年Wells首先使用

3、立体对技术拍摄了可以进行样品景深信息测量的扫描电镜显微图像。1960年EverhartandThornley发展改善了二次电子探测器。到现在E-T型二次电子探测器是扫描电镜主流探测器。1.引言1975年8月中国科学院科学仪器厂自行设计研制我国第一台扫描电子显微镜，定型为DX-3型。分辨本领10nm，加速电压5～30kV，放大倍数从20倍至10万倍。主要指标达当时国际先进水平。1989年中科院北京科学仪器厂研制完成KYKY-2000型数字化扫描电镜，分辨本领5nm，采用了数字图像处理功能。1993年上海电子光学技术研究所完成DXS-4智能化高性能扫描电镜。分辨本

4、领3.5nm，加速电压30kV。2000年3月26日扫描电镜电子背散射衍射接收系统在北京有色金属研究总院研制成功，通过国家科技部组织的验收组验收。该系统的灵敏度优于0.05Lux，图像分辨率为512×512像素点，该系统还可对扫描电镜图像进行收集、实时处理和分析。2.扫描电镜的优点高的分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及，现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右。有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调。有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构。试样制备简单。试样可以是自然面、断口、块状、粉体

5、、反光及透光光片。配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析。2.扫描电镜的优点OpticalMicroscopeVSSEM3.电子束与固体样品作用时产生的信号(重点)3.1弹性散射和非弹性散射3.2电子显微镜常用的信号3.3各种信号的深度和区域大小3.电子束与固体样品作用时产生的信号2.1弹性散射和非弹性散射3.1弹性散射和非弹性散射当一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于受到固体物质中晶格位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变，这种现象称为散射。(1)弹性散射。如果在散射过程中入射电子只改变方向，但其总动能基本上无变

6、化，则这种散射称为弹性散射。弹性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的结构。(2)非弹性散射。如果在散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变，则这种散射称为非弹性散射。在非弹性散射情况下，入射电子会损失一部分能量，并伴有各种信息的产生。非弹性散射电子：损失了部分能量，方向也有微小变化。用于电子能量损失谱，提供成分和化学信息。也能用于特殊成像或衍射模式。3.电子束与固体样品作用时产生的信号SEM的成像信息来自电子与物质的相互作用，因此首先讨论电子与物质的相互作用。具有高能量的入射电子束与固体物质表面的

7、原子核或核外电子发生作用。产生如图所示的物理信号3.2电子显微镜常用的信号3.电子束与固体样品作用时产生的信号背散射电子指被固体样品中原子核“反弹”回来的一部分入射电子。背散射电子来自样品表层几百nm的深度范围，由于它的产额随原子序数的增加而增加，所以不仅能用作形貌分析，而且可定性地用作成分分析。背散射电子主要用于扫描电镜成像，其特点：1.对样品物质的原子序数敏感2.分辨率及信号收集率较低背散射电子(BackscatteredElectron,BE)3.电子束与固体样品作用时产生的信号二次电子(SecondaryElectron,SE)二次电子是指被入射电子轰

8、击出来的核外电子。由于原子核和外层价电