环境扫描电子显微镜介绍

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1、环境扫描电子显微镜EnvironmentScanningElectronMicroscopyESEM能在一台扫描电镜中解决所有问题的电镜高真空低真空环扫模式HighVacuumPressureincreaseLowVacuum<1.5TorrESEM>1.5Torr低真空扫描电镜低真空SEM（LowVacuumSEM:LVSEM）真空度为13Pa－266Pa(0.1－2Torr)，也可以观察含水和非导电试样。普通高真空扫描电镜（CSEM）电子光学系统、样品室系统必须处于高真空环境。E-T探测器必须在高真空环境中工作，否则会产生弧光，损坏E-T探测器。E-T二次电

2、子探头低真空下发生放电N2N2对样品要求不含水、导电，否则产生荷电现象，影响图像观察。不导电样品的处理方法：1）覆盖导电层2）降低加速电压环境扫描电子显微镜在一定范围内改变样品所处的环境：气压（至50Torr）、温度(至1500℃)、气氛（水蒸气或反应性气氛）。可观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品.环境扫描电镜样品室真空度和气氛可以控制在低真空模式下观察样品的二次电子象、背散射电子象，进行微区分析对任何样品、无需进行任何处理进行观察和分析具有普通高真空扫描电镜的所有功能进行动态的过程分析环境扫描电镜:三种操作方式高真空方式(常规方式)低真空方式(不喷

3、涂,非导电样品):0.1~1Torr环境方式(ESEM,“Wet”样品):0.1~20Torr(W)0.1~10Torr(FEG)样品室压力通过软件设定不导电的样品：在样品室中的气体离子化去除了荷电。污染：可观察分析含水的、含油的、污染的样品。污染不损坏仪器。也不影响图像质量。发光样品：环境二次电子探测器对光不敏感，它可以使荧光材料、加热后发光材料、阴极荧光材料清晰的成像。高温：环境二次电子探测器对温度的升高不敏感，当样品加热到1500℃仍可获得二次电子像。原位观察：拉伸、压缩、加热、冷却、熔化、脱水等。取消样品室中的高真空要求，采用两套真空环境——放入压差光阑

4、（PLA:PressureLimitingApertures），使电子光学系统处于高真空状态，样品室处于50Torr气压环境中。采用在非真空环境中工作的二次电子探测器在环境扫描电镜中，样品室中的气压是由流入量与流出量的平衡决定的。流出量由压差光阑控制：气体从样品室流出的流量取决于压差光阑的尺寸和压差光阑上下气压差。流入样品室气体的流量由操作者通过一个自动气阀控制。一、真空系统的设计用两个靠的很近的放置在物镜中的压差光阑来满足上述要求。压差光阑尺寸的设计：小得足以限制气体流入；大得足以让足够多的束电子通过。两个压差光阑可以使每个光阑上下的压差尽可能小，而又有足够大

5、的光阑尺寸，使样品室和镜筒之间总的压差很大。在压差光阑至上、之间、之下分别通管道抽气，足以提供从样品室50Torr至透镜中10-5Torr的真空梯度。环境扫描电子显微镜SEDGSEDSampleHighpressureregionLowpressureregionHighVacuumregionGasflowMajorgasflow(torotarypump)Minorgasflow(toTMP)多级压差光阑多级压差光阑在环境扫描电镜中如何维持高真空扫描电镜的高分辨率的特性？环境中的气体是否使束电子散射，影响分辨率？把压差光阑放在镜筒底部，减小了束电子穿过高气压

6、段的距离，阻止了到达样品上的大多数电子发生散射。大多影响分辨率的散射发生在位于最终压差光阑至样品表面这段距离中，因此要尽量减少这段距离。电子在气体中的散射：电子在气体中的散射是一个不连续的离散过程。对于每一个电子，只有当它穿过两分子之间的距离超过一临界值时才发生散射，否则，它按照原来的轨迹运动。这样，每个电子到达样品表面之前，只有有限次的散射。电子的散射过程可用一个统计分布来描述：泊松分布。P(x)：一个电子发生x次散射的概率m：每个电子发生散射事件的均值按m值的高低将电子的散射分成三个部分：最小散射部分：m=<0.05，<5%的电子发生散射；部分散射部分：m=

7、0.05~3，5%~95%的电子发生散射；完全散射部分：m=>3，>95%的电子发生散射。随着气压的增加，电子束逐渐展宽？将电子束划分为两部分：未散射的电子散射的电子仍保持原来的轨迹，聚焦在样品表面散射后电子改变运动轨迹，使电子束有一定程度的展宽电子束的束斑尺寸由散射的电子使束斑展宽的程度决定，电子束的束流为散射的电子、未散射的电子的总和。未散射电子与散射电子的强度比决定了散射对图像质量的影响程度。既使在部分散射区图像的分辨率仍由未散射的束电子部分决定，而散射的束电子部分只是背底噪音，并由此引起束流的降低。实际上，电子束几乎没有展宽，只是束流损失。gasgasg

8、asgasgasgasg