扫描电镜工作原理

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1、课程名称：扫描电子显微镜学号：2009110039姓名：代会茹中国地质大学（北京）课程结业报告《扫描电子显微镜》学院：珠宝学院专业：宝石学学号：2009110039姓名：代会茹日期：2011年11月3日联系电话：188105515537课程名称：扫描电子显微镜学号：2009110039姓名：代会茹扫描电子显微镜读书报告一、扫描电镜的工作原理扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。当具有一定能量的入射电子束轰击样品表面时，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，一些电子被反射出样品表面，

2、而其余的电子则渗入样品中，逐渐失去其动能，最后停止运动，并被样品吸收。在此过程中有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而其余约1%的入射电子能量从样品中激发出各种信号。如图1所示，这些信号主要包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、电子电动势、阴极发光、X射线等。扫描电镜设备就是通过这些信号得到讯息，从而对样品进行分析的。图1入射电子束轰击样品产生的信息示意图从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、探测、信号处理、显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水

3、系统、电源供给系统。7课程名称：扫描电子显微镜学号：2009110039姓名：代会茹图2扫描电子显微镜结构图由图3我们可以看出，从灯丝发射出来的热电子，受2-30KV电压加速，经两个聚光镜和一个物镜聚焦后，形成一个具有一定能量，强度和斑点直径的入射电子束，在扫描线圈产生的磁场作用下，入射电子束按一定时间、空间顺序做光栅式扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用，从样品中激发出的二次电子通过收集极的收集，可将向各个方向发射的二次电子收集起来。这些二次电子经加速并射到闪烁体上，使二次电子信息转变成光信号，经过光导管进入

4、光电倍增管，使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大，并将其输入到显像管的栅极中，调制荧光屏的亮度，在荧光屏上就会出现与试样上一一对应的相同图像。入射电子束在样品表面上扫描时，因二次电子发射量随样品表面起伏程度（形貌）变化而变化。故视频放大器放大的二次电子信号是一个交流信号，用这个交流信号调制显像管栅极电，其结果在显像管荧光屏上呈现的是一幅亮暗程度不同的，并反映样品表面起伏程度（形貌）的二次电子像。应该特别指出的是：入射电子束在样品表面上扫描和在荧光屏上的扫描必须是“同步”7课程名称：扫描电子显微镜学

5、号：2009110039姓名：代会茹，即必须用同一个扫描发生器来控制，这样就能保证样品上任一“物点”样品A点，在显像管荧光屏上的电子束恰好在A’点即“物点”A与“像点”A’在时间上和空间上一一对应。通常称“像点”A’为图像单元。显然，一幅图像是由很多图像单元构成的。扫描电镜除能检测二次电子图像以外，还能检测背散射电子、透射电子、特征x射线、阴极发光等信号图像。其成像原理与二次电子像相同。在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥

6、并且有良好导电性能。图3扫描电子显微镜成像原理图二、扫描电镜及配套设备的用途（一）扫描电镜的用途通过样品中的电子激发出的各种信号，扫描电镜可以做出电子图像分析，如可利用二次电子进行样品表面形貌及结构分析的分析；以两片探测器信号做积分运算，通过背散射电子可以分析样品表面成分像，以两片探测器信号做微分运算时，则可用于样品表面形貌像德分析；此外，通过透射电子则可对析晶体的内部结构及晶格信息进行分析。扫描电镜的用途很广，除了能做电子图像分析以外，配上其它一些配套设备，还可做显微化学成份分析，显微晶体结构分析，显微阴极发光

7、图像分析，这更加扩大的扫描电镜的广泛应用度。常见的扫描电镜配套设备主要有：x射线波谱仪、x射线能谱仪、结晶学分析仪、阴极发光图像分析仪等。7课程名称：扫描电子显微镜学号：2009110039姓名：代会茹（二）配套设备及其用途1、X射线波谱仪（WDS）：具有一定能量、聚焦很细的电子束轰击样品时，样品受轰击微区内的物质会发射出多种电子信息、x射线。不同元素发射出的特征x射线在波长、能量方面是各异的。波谱仪利用分光晶体对特征x射线产生的衍射效应，可分别测出特征x射线的波长，从而确定原子序数，即确定受击发微区内所含有的化

8、学元素种类。若把所含元素在一定时间内所发射出来的特征X射线强度累加起来再与标准样品在相同时间内所发射出来的特征X射线的强度作对比，排除干扰因素，就可得出每种元素的百分比重量。这就是X射线波谱仪的定性，定量分析。X射线波谱仪的分析项目：（1）点分析：通过对点进行定性分析，可以获知所含元素的种类；通过对点进行定量分析，则可得出所含元素的种类及其重量百分值。（2）线分析：通常以