培訓(xùn)資料掃描電鏡

1、1 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 一、掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)一、掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn) 二、掃描電子顯微鏡工作原理及構(gòu)造二、掃描電子顯微鏡工作原理及構(gòu)造 1.工作原理 2.構(gòu)造三：掃描電鏡的主要性能三：掃描電鏡的主要性能 1.放大倍數(shù) 2.分辨率 3.景深四：四： SEM信號(hào)信號(hào)五：樣品制備五：樣品制備六：六：SEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 一、掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)一、掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn) 高的分辨率。由于超高真空技術(shù)的發(fā)展，場(chǎng)發(fā)射電子槍的應(yīng)用得到普及，現(xiàn)代先進(jìn)的掃描電鏡的分辨率已經(jīng)達(dá)到1納米左右。 有較高的放大倍數(shù)，20-20萬(wàn)倍之間連續(xù)可調(diào)； 有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu) 試

2、樣制備簡(jiǎn)單。 配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析。 3 二、掃描電子顯微鏡工作原理及構(gòu)造二、掃描電子顯微鏡工作原理及構(gòu)造 1、工作原理、工作原理SEM原理示意圖原理示意圖目前的掃描電子顯微鏡可以進(jìn)行目前的掃描電子顯微鏡可以進(jìn)行形形貌貌、微區(qū)成分微區(qū)成分和和晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)等多種微等多種微觀組織結(jié)構(gòu)信息的觀組織結(jié)構(gòu)信息的同位分析同位分析。掃描電鏡的工作原理可以簡(jiǎn)單地歸納為“光柵掃描，逐點(diǎn)成像”。成像原理成像原理：利用細(xì)聚焦電子束在樣：利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出來(lái)的各種物理品表面掃描時(shí)激發(fā)出來(lái)的各種物理信號(hào)調(diào)制成像。信號(hào)調(diào)制成像。類似電視攝影顯像類似

3、電視攝影顯像的方式的方式。SEM的樣品室附近可以裝入多個(gè)探測(cè)器。的樣品室附近可以裝入多個(gè)探測(cè)器。4 2、構(gòu)造、構(gòu)造 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒鏡筒)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)圖像顯示和記錄系統(tǒng)圖像顯示和記錄系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)SEM的構(gòu)造的構(gòu)造 （1）放大倍數(shù)放大倍數(shù) 熒光屏上的掃描振幅熒光屏上的掃描振幅 電子束在樣品上的掃描振幅電子束在樣品上的掃描振幅 放大倍數(shù)與掃描面積的關(guān)系：放大倍數(shù)與掃描面積的關(guān)系： (若熒光屏畫面面積為若熒光屏畫面面積為1010cm2) 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 掃描面積掃描面積 10 (1cm) (1cm)2 2 100 (1mm)

4、 (1mm)2 2 1,000 (100m) (100m)2 2 10,000 (10m) (10m)2 2 100,000 (1m) (1m)2 2AcAsK三：掃描電鏡的主要性能三：掃描電鏡的主要性能6 三：掃描電鏡的主要性能三：掃描電鏡的主要性能（2）分辨率分辨率:對(duì)微區(qū)成分分析而言，它是指能分析的最小區(qū)域；對(duì)成像而言，它是指能分辨兩點(diǎn)之間的最小距離。入射電子束束斑直徑入射電子束在樣品中的擴(kuò)展效應(yīng)成像方式及所用的調(diào)制信號(hào) 二次電子像的分辨率約為5-10nm，背反射電子像的分辨率約為50-200nm。X射線的深度和廣度都遠(yuǎn)較背反射電子的發(fā)射范圍大，所以X射線圖像的分辨率遠(yuǎn)低于二次電子像和背

5、反射電子像。 。（3）景深景深 SEM（二次電子像）的景深比光學(xué)顯微鏡的大，成像富有立體感。（二次電子像）的景深比光學(xué)顯微鏡的大，成像富有立體感。景深是指一個(gè)透鏡對(duì)高低不平的試樣各部位能同時(shí)聚焦成像的一個(gè)能力范圍。 掃描電鏡的景深為比一般光學(xué)顯微鏡景深大100-500倍，比透射電鏡的景深大10 倍。 四：四：SEMSEM信號(hào)信號(hào)三種主要信號(hào)三種主要信號(hào)背散射電子背散射電子：入射電子在樣品中經(jīng)散射后再?gòu)纳媳砻嫔涑鰜?lái)的電子。反映樣品表面不同取向、不同平均原子量的區(qū)域差別。二次電子二次電子：由樣品中原子外殼層釋放出來(lái)，在掃描電子顯微術(shù)中反映樣品上表面的形貌特征。X射線射線：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層

6、電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時(shí)發(fā)出的光子。其他信號(hào)其他信號(hào)俄歇電子俄歇電子：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時(shí)，多余能量轉(zhuǎn)移給外層電子，使外層電子掙脫原子核的束縛，成為俄歇電子。詳細(xì)的介紹見(jiàn)本書第三篇第十三章俄歇電子能譜部分。透射電子透射電子 :電子穿透樣品的部分。這些電子攜帶著被樣品吸收、衍射的信息，用于透射電鏡的明場(chǎng)像和透射掃描電鏡的掃描圖像, 以揭示樣品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的形貌特征。詳細(xì)的介紹見(jiàn)本書第二篇第九章電子衍射和顯微技術(shù)部分。五：樣品制備五：樣品制備掃描電鏡的最大優(yōu)點(diǎn)是樣品制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)金屬和陶瓷等塊狀樣品，只需將它們切割成大小合適的尺寸，用導(dǎo)電膠將其粘接在電鏡的樣品座

7、上即可直接進(jìn)行觀察。對(duì)于非導(dǎo)電樣品如塑料、礦物等，在電子束作用下會(huì)產(chǎn)生電荷堆積，影響入射電子束斑和樣品發(fā)射的二次電子運(yùn)動(dòng)軌跡，使圖像質(zhì)量下降。因此這類試樣在觀察前要噴鍍導(dǎo)電層進(jìn)行處理，通常采用二次電子發(fā)射系數(shù)較高的金銀或碳膜做導(dǎo)電層，膜厚控制在20nm左右。在樣品表面鍍金屬層不僅可以防止荷電現(xiàn)象，換可以減輕由電子束引起的樣品表面損傷；增加二次電子的產(chǎn)率，提高圖像的清晰度；并可以掩蓋基材信息，只獲得表面信息。 六：六：SEMSEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 斷口形貌分析斷口形貌分析 納米材料形貌分析納米材料形貌分析 在微電子工業(yè)方面的應(yīng)用在微電子工業(yè)方面的應(yīng)用 1018號(hào)鋼在不同溫度下的斷口形貌斷口形貌分析斷口形貌分析ZnO納米線的二次電子圖像 多孔氧化鋁模板制備的金納米線的形貌（a）低倍像