SEM工作原理與使用方法

1、S E M 的 工 作 原 理 與 使 用 方 法1、SEM的工作原理掃描電鏡（ SEM）是對樣品表面形態(tài)進(jìn)行測試的一種大型儀器。當(dāng)具有一定能量的入 射電子束轟擊樣品表面時(shí)，電子與元素的原子核及外層電子發(fā)生單次或多次彈性與非彈性 碰撞，一些電子被反射出樣品表面，而其余的電子則滲入樣品中，逐漸失去其動(dòng)能，最后 停止運(yùn)動(dòng)，并被樣品吸收。在此過程中有 99%以上的入射電子能量轉(zhuǎn)變成樣品熱能，而其 余約 1%的入射電子能量從樣品中激發(fā)出各種信號。如圖 1 所示，這些信號主要包括二次電 子、背散射電子、吸收電子、透射電子、俄歇電子、電子電動(dòng)勢、陰極發(fā)光、X 射線等。掃描電鏡設(shè)備就是通過這些信號得到訊息，

2、從而對樣品進(jìn)行分析的。圖 1 入射電子束轟擊樣品產(chǎn)生的信息示意圖從結(jié)構(gòu)上看，如圖 2 所示，掃描電鏡主要由七大系統(tǒng)組成，即電子光學(xué)系統(tǒng)、探測、 信號處理、顯示系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、樣品室、真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、電源供給系 統(tǒng)。圖 2 掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)圖圖 3 掃描電子顯微鏡成像原理圖由圖 3，可以看出，從燈絲發(fā)射出來的熱電子，受 2-30KV 電壓加速，經(jīng)兩個(gè)聚光鏡和 一個(gè)物鏡聚焦后，形成一個(gè)具有一定能量，強(qiáng)度和斑點(diǎn)直徑的入射電子束，在掃描線圈產(chǎn) 生的磁場作用下，入射電子束按一定時(shí)間、空間順序做光柵式掃描。由于入射電子與樣品 之間的相互作用，從樣品中激發(fā)出的二次電子通過收集極的收集，可將向

3、各個(gè)方向發(fā)射的 二次電子收集起來。 這些二次電子經(jīng)加速并射到閃爍體上， 使二次電子信息轉(zhuǎn)變成光信號， 經(jīng)過光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管， 使光信號再轉(zhuǎn)變成電信號。 這個(gè)電信號又經(jīng)視頻放大器放大， 并將其輸入到顯像管的柵極中，調(diào)制熒光屏的亮度，在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)與試樣上一一對 應(yīng)的相同圖像。入射電子束在樣品表面上掃描時(shí)，因二次電子發(fā)射量隨樣品表面起伏程度 （形貌）變化而變化。故視頻放大器放大的二次電子信號是一個(gè)交流信號，用這個(gè)交流信號調(diào)制顯像管柵極 電，其結(jié)果在顯像管熒光屏上呈現(xiàn)的是一幅亮暗程度不同的， 并反映樣品表面起伏程度（形 貌）的二次電子像。應(yīng)該特別指出的是：入射電子束在樣品表面上掃描和在熒光屏

4、上的掃 描必須是“同步”，即必須用同一個(gè)掃描發(fā)生器來控制，這樣就能保證樣品上任一“物點(diǎn)” 樣品 A 點(diǎn)，在顯像管熒光屏上的電子束恰好在 A'點(diǎn)即“物點(diǎn)”A與“像點(diǎn)” A'在時(shí)間上 和空間上一一對應(yīng)。通常稱“像點(diǎn)” A'為圖像單元。顯然，一幅圖像是由很多圖像單元構(gòu) 成的。掃描電鏡除能檢測二次電子圖像以外，還能檢測背散射電子、透射電子、特征 x 射線、 陰極發(fā)光等信號圖像。其成像原理與二次電子像相同。在進(jìn)行掃描電鏡觀察前，要對樣品作相應(yīng)的處理。掃描電鏡樣品制備的主要要求是： 盡可能使樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好，沒有變形和污染，樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。2、使用方法（1）開機(jī)1、

5、接通循環(huán)水（流速 1.5 2.0L/min ）2、打開主電源開關(guān)。3、在主機(jī)上插入鑰匙，旋至“ Start ”位置。松手后鑰匙自動(dòng)回到“ on”的位置，真空系統(tǒng)開始工作。4、等待 10 秒鐘，打開計(jì)算機(jī)運(yùn)行。5、點(diǎn)擊桌面的開始程序6、點(diǎn)擊 JEOL·SEM及 JSM-5000主菜單。7、約 20 分鐘儀器自動(dòng)抽高真空，真空度達(dá)到后，電子槍自動(dòng)加高壓，進(jìn)入工作狀態(tài)8、通過計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行樣品臺的移動(dòng)，改變放大倍數(shù)、聚焦、象散的調(diào)整， 直到獲得滿意的圖像9、對于滿意的圖像可以進(jìn)行拍照、存盤和打印。10、若需進(jìn)行能譜分析，要提前 1 小時(shí)加入液氮，并使探測器進(jìn)入工作狀態(tài)。11、打開能譜部分的計(jì)算機(jī)進(jìn)行譜收集和相應(yīng)的分析。12、需觀察背散射電子像時(shí)，工作距離調(diào)整為 15mm，然后插入背散射電子 探測器，用完后隨時(shí)拔出。（2）更換樣品1、點(diǎn)擊“ HT on”,出現(xiàn)“ HT Ready”。2、點(diǎn)擊“ Sample”, 再點(diǎn)擊“ Vent ”。3、50 秒后拉出樣品臺 , 從樣品臺架上取出樣品臺 .4、更換樣品后 , 關(guān)上樣品室門 , 再點(diǎn)擊“ EVAC” , 真空系統(tǒng)開始工作 , 重復(fù)開（3）關(guān)機(jī)1、點(diǎn)擊 EXIT,再點(diǎn)擊 OK