掃描電子顯微鏡SEM教育講義

1、SEM的主要特點的主要特點 SEM METAL LAB. 分辨率高分辨率高 景深較大景深較大 放大倍數(shù)高放大倍數(shù)高 試樣準備簡單試樣準備簡單 SEM的產生背景的產生背景 物鏡的分辨率為: d=0.61/nsin 無線電波無線電波,紅外線紅外線,紅光紅光紫光紫光,紫外線紫外線,X射線射線 長波短波 METAL LAB. 電子成像的可行性電子成像的可行性 電子具有波動性 電子能使底片感光 電磁場可改變電子的方向 電子束可分辨物體細節(jié) 可觀察和紀錄電子成像 可使電子束聚焦和放大 METAL LAB. 電子可激發(fā)固體多種信號可獲取固體的多種信息 電子與固體的作用電子與固體的作用 METAL LAB.

2、入射電子束 背向散射電子 二次電子 X-ray 試片電流 穿透電子 繞射電子 陰極發(fā)光 Auger電子 SEM TEM 各種信息的產生范圍各種信息的產生范圍 METAL LAB. 二次電子 背散射電子 特征X射線 韌致輻射 二次熒光 入射電流 試樣表面 X射線分辨率 SEM提供的信息提供的信息 METAL LAB. 影像影像信號信號檢測器檢測器用途用途 SEI二次電子E-T 獲得表面 形貌 BEI背散射電子固態(tài) 獲得原子 序圖 EDSX射線Si-Li或Ge元素分析 WDSX射線比例計數(shù)器元素分析 二次電子與背散射電子的特點二次電子與背散射電子的特點 METAL LAB. 種類種類成因成因能量能

3、量影像影像分辨率分辨率 背散射電子 入射電子與原子 核發(fā)生彈性碰撞 接近入 射電子 原子序對比 圖像 數(shù)十nm 二次電子 入射電子激發(fā)核 內電子 一般小 于50ev 表面形貌nm級 SEI與與BEI影像影像(1) METAL LAB. SEI影像影像 BEI影像影像 SEI與與BEI影像影像(2) METAL LAB. SEI影像影像BEI影像影像 SEI成像特點成像特點 METAL LAB. * 試片傾斜 則二次電子 受試片的能 量吸收減少 * 起飛角度 大則訊號受 試片的能量 吸收減少 BEI成像特點成像特點 METAL LAB. 背散射電子生成系數(shù) 背散射電子生成系數(shù) Pb Sn SEM

4、成像原理成像原理 METAL LAB. 試樣試樣 閃爍體 熒光 光電倍增管 放大器 CRT EDS典型光譜典型光譜 METAL LAB. 各種信息的來源各種信息的來源 METAL LAB. 1 2 3B 3A 影響影響SEM SEM 影像的因素影像的因素 METAL LAB. 電子槍: FEG(場發(fā)射電子槍), LaB6, W(鎢絲) 電磁透鏡: 透鏡完美度 設備類型: In-lens,semi in-lens, off-lens 試樣室的清潔: 粉塵，水氣，油氣. 操作參數(shù): 電壓,電流,調機,試片處理,真空度 環(huán)境: 振動,磁場,噪音,接地 METAL LAB. 入射電子束可停留在被觀察區(qū)

5、域上 的任何位置.X射線在直徑1微米的體 積內產生,可對試樣表面元素的分布 進行質和量的分析. SEM工作原理工作原理 電子槍的比較電子槍的比較 METAL LAB. 電子 源 電子源 大小 20KV亮度 (A/cm2Sr) 壽命(hr) 操作溫度 (C) 真空度 (Torr) 發(fā)射電流 ( m) 特性 鎢絲20 m5104 50100280010-5 10 穩(wěn)定,大電 流 LaB610 m3105 300500180010-6 50 高解析時 大電流 FEG (冷) 5-10nm107 1yearRT10-8 50100高解析 隨著電流的增大,W和 LB電子槍電子束直徑直 線上升,而FEG電

6、子槍的 電子束直徑則先緩慢上 升,后又急劇增大. 電鏡的主要像差電鏡的主要像差 METAL LAB. 球面像差 Cs Spherical aberration 通過透鏡中心或邊緣差異 色散像差 Cc Chromatic aberration 通過透鏡電子能量差異 散 光像差 Astigmatism 通過透鏡至同直徑不同平面差異 低真空與高真空模式低真空與高真空模式 METAL LAB. 元素分析元素分析低能量光譜易被吸收干擾低 真空度真空度差佳 導電差的試片導電差的試片不須coating須作coating 含水試片含水試片可保持原貌須乾燥處理 Chamber Chamber 潔淨度潔淨度差佳

7、適用試片及產業(yè)適用試片及產業(yè)生化試片一般材料界 HV modeHV mode LV modeLV mode 影像模式影像模式BEISEI and BEI 解析度解析度較差高 最高約20K20K大於50K 工作電壓工作電壓高電壓低電壓 倍率倍率 試樣處理模式試樣處理模式 METAL LAB. SEMSEM應用領域應用領域(1)(1) METAL LAB. 一一.失效分析失效分析 金屬的斷口可提供材料斷裂原因和過程的信息. 韌窩,解理面,河流花樣等. 無需復型即可直接觀察. 可觀察大試樣,粗糙表面,無復型的假像 放大倍數(shù)連續(xù)可調 M從幾十倍到十幾萬倍,從宏觀到微觀,移動試 樣即可尋找裂紋起源,觀察

8、裂紋萌生和失穩(wěn)擴 展區(qū). SEMSEM應用領域應用領域(2)(2) METAL LAB. 二二.觀察小試樣觀察小試樣 可觀察細絲,薄片等細小試樣. OM的分辨率低,景深小,不適合觀察內部結構. TEM需要制作復型,難以操作和觀察. 三三.動態(tài)觀察動態(tài)觀察 可觀察金屬的形變過程,裂紋形核及擴展,不同 相組織在變形和斷裂過程中的行為和作用,裂 紋尖端塑性變形區(qū)的特點等. 可將試樣加熱或冷卻,研究高溫,低溫組織形態(tài), 金屬,合金的相變. METAL LAB. 謝謝 謝謝 各各 位位! 電子成像的可行性電子成像的可行性 電子具有波動性 電子能使底片感光 電磁場可改變電子的方向 電子束可分辨物體細節(jié) 可觀察和紀錄電子成像 可使電子束聚焦和放大 METAL LAB. 電子可激發(fā)固體多種信號可獲取固體的多種信息 電子與固體的作用電子與固體的作用 METAL LAB. 入射電子束 背向散射電子 二次電子 X-ray 試片電流 穿透電子 繞射電子 陰極發(fā)光 Auger電子 SEM TEM 二次電子與背散射電子的特點二次電子與背散射電子的特點 METAL LAB. 種類種類成因成因能量能量影像影像分辨率分辨率 背散射電子 入射電子與原子 核發(fā)生彈性碰撞 接近入 射電子 原子序對比 圖像 數(shù)十nm 二次電子 入射電子激