B掃描電鏡的基本原理與應(yīng)用

日立S-3000N鎢燈絲掃描電鏡

原理與應(yīng)用電鏡應(yīng)用工程師程路2011年4月26日目前一頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)內(nèi)容提要一、掃描電鏡的分類簡介二、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理三、日立S-3000N掃描電鏡的操作基礎(chǔ)四、日立S-3000N掃描電鏡的參數(shù)條件設(shè)定目前二頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的區(qū)別1、掃描電鏡的分類簡介目前三頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)各種顯微鏡的比較1、掃描電鏡的分類簡介目前四頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)電子顯微鏡的分類1、掃描電鏡的分類簡介電子顯微鏡掃描電鏡SEM掃描透射電鏡STEM透射電鏡TEM臺式電鏡鎢燈絲掃描電鏡場發(fā)射掃描電鏡120KV200KV300KV超高壓透射冷場發(fā)射掃描電鏡熱場發(fā)射掃描電鏡目前五頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)臺式電鏡的特點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—臺式電鏡1、2005日立公司開創(chuàng)性的推出了外觀小巧的臺式掃描電鏡。2、操作維護(hù)簡便，配置低真空模式可直接觀察不導(dǎo)電樣品。3、比光學(xué)顯微鏡獲得更好的大景深圖像。4、放大倍數(shù)最大倍率可到3萬倍。目前六頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)臺式掃描電鏡直接觀察不導(dǎo)電樣品樣品：紅薯倍率：X800沒有噴鍍1、掃描電子顯微鏡SEM—臺式電鏡目前七頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)日立SU-1510日立S-3400N日立TM-3000日立S-3700N直徑300mm高度110mm直徑200mm高度80mm直徑150mm高度60mm直徑70mm高度50mm日立S-3000N1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡目前八頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡電子槍樣品倉物鏡可動光闌顯示器軌跡球旋鈕板目前九頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡Cu粉X1500@15KVCu粉X20000@15KV二次電子信號形貌細(xì)節(jié)表現(xiàn)好，適合觀察表面形貌。通常鎢燈絲掃描電鏡的分辨率在30KV的加速電壓下二次電子信號為3nm,而背散射電子信號為4nm。目前十頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡鎢燈絲掃描電鏡相比場發(fā)射掃描電鏡分辨率較低，但對電子槍真空度要求不高，可以裝配成超大樣品倉滿足特殊觀察需要。目前十一頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡ZrO/W(100)

加速電源

引出電源加熱電源第一陽極

第二陽極抑制屏蔽閃爍電源W(310)鎢單晶發(fā)射體第一陽極

第二陽極引出電源加速電源場發(fā)射掃描電鏡是采用場效應(yīng)原理發(fā)射電子束，根據(jù)燈絲是否需要加熱的區(qū)別，分為熱場發(fā)射和冷場發(fā)射兩種，它們的燈絲材質(zhì)和工作原理有所不同。目前十二頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡肖特基FE冷場發(fā)射FE陰極溫度1800Ｋ室溫能量范圍0.8eV以下0.2eV以下電子源大小15–30nm5nm以下輝度5x108A/cm2sr2x109A/cm2sr探針電流20nA以上2nA左右束流穩(wěn)定性無需FLASH需要FLASH燈絲壽命1.5年左右2年以上針對高分辨觀察針對分析熱場發(fā)射掃描電鏡的優(yōu)勢在于燈絲發(fā)射束流值大且束流穩(wěn)定度高，更適合于金屬、無機(jī)材料類等的元素和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用；而冷場發(fā)射掃描電鏡的極限分辨率更高，適合于高分辨率觀察，特別在非導(dǎo)電樣品的低加速電壓高分辨觀察中有明顯優(yōu)勢。目前十三頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡熱場發(fā)射掃描電鏡的擴(kuò)展功能豐富，可以接EDX/WDX/EDSD/CL等分析附件，另外樣品倉可以設(shè)置為低真空模式。目前十四頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡方位面分布（ND）ImageQulity(IQ)樣品：樹脂里的Cu布線加速電壓：２０ｋV真空度：20Pa熱場發(fā)射掃描電鏡的EDSD（電子背散射衍射儀）分析結(jié)果，可以獲得材料的晶粒取向信息。目前十五頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡冷場發(fā)射掃描電鏡的電子束色差小，亮度高，因此能夠獲得更高的分辨率圖像，在低加速電壓條件下的分辨率優(yōu)勢更加明顯，目前世界上商業(yè)化掃描電鏡分辨率最高能達(dá)到0.4nm。樣品加速電壓放大倍率:白金蒸著粒子:30kV:80萬倍（0.4nm）目前十六頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡高端冷場發(fā)射掃描電鏡在低加速電壓條件下也可以獲得高分辨率圖像，可以避免不耐電子束輻照的樣品在觀察中受到損傷，獲得樣品真實(shí)的表面形貌。樣品：高分子膜X100K加速電壓：100V加速電壓：800V目前十七頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—場發(fā)射掃描電鏡掃描電鏡使用低加速電壓可以有效降低不導(dǎo)電樣品的放電現(xiàn)象，使得絕大多少不導(dǎo)電樣品無需噴金就可觀察高倍圖像，避免了噴金過程對樣品表面細(xì)節(jié)的掩蓋。樣品：分子篩電壓0.8KV放大倍率：130K放大倍率：300K目前十八頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)日立S-3000N的儀器外觀2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理電子槍樣品倉物鏡可動光闌顯示器軌跡球旋鈕板目前十九頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)掃描電鏡的通常結(jié)構(gòu)示意圖聚光器偏轉(zhuǎn)線圈物鏡樣品室真空泵二次電子

檢測器增幅器偏轉(zhuǎn)增幅器電子束偏轉(zhuǎn)線圈監(jiān)視器

真空泵樣品電子槍二次電子2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理目前二十頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理鎢燈絲第二聚光鏡第一聚光鏡物鏡可動光闌物鏡日立S-3000N的電子槍結(jié)構(gòu)目前二十一頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理柵極（韋氏帽）燈絲（陰極）a2b2M2=b2/a2a1b1M1=b1/a1a3b3M3=b3/a3交叉斑(d0)陽極電子束聚光鏡光闌樣品1st聚光鏡2nd

聚光鏡物鏡活動光闌物鏡束斑尺寸(d)d=d0?M1?M2?M3

電子光學(xué)光路圖目前二十二頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)入射電子束在樣品中激發(fā)出的各種信號電子散射區(qū)域二次電子(樣品的表面信息)入射電子束樣品特征X射線(元素信息)背散射電子(凹凸/成份信息)10nm以內(nèi)

(二次電子逸出深度)熒光(化學(xué)結(jié)合狀態(tài)信息)樣品吸收電流俄歇電子（表層的元素信息）2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理目前二十三頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理10010,0001能量(eV)(入射電子能量:10,000eV)SEBSE產(chǎn)額樣品激發(fā)出來的電子束能量幅度目前二十四頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理鎢燈絲掃描電鏡的成像信號通常包括二次電子信號和背散射電子信號，加配能譜儀等附件可以做元素的定性定量分析。樣品：磨料中間的夾雜物X1000二次電子像背散射電子像目前二十五頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理放大倍數(shù)的計算方法目前二十六頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理低真空條件觀察1、低真空的優(yōu)勢

可以直接觀察非導(dǎo)電樣品（無需噴鍍等樣品處理）

可以減緩少量含水、含油樣品的揮發(fā)速度

可以對不導(dǎo)電樣品不噴鍍進(jìn)行EDX分析2、低真空的圖像類型低真空背散射電子像低真空二次電子像（選配）目前二十七頁\總數(shù)三十頁\編于十點(diǎn)2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理低真空消除荷電原理樣品倉氣壓平均自由程10