现代材料分析方法第十二章电子显微镜

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1、第十二章扫描电子显微镜7/15/20211第十二章扫描电子显微镜优点电子束与固体样品相互作用扫描电镜结构原理主要性能指标二次电子图象衬度原理及其应用背散射电子图象衬度原理及其应用其它信号图象扫描电镜操作样品制备应用举例7/15/20212扫描电镜的优点①分辨率比较高，二次电子象②放大倍数连续可调，几十倍到二十万倍③景深大，立体感强④试样制备简单⑤一机多用7/15/202137/15/202147/15/20215OpticalMicroscopeVSSEM7/15/202167/15/20217扫描电镜原理—JEOL动画演示7/15/20218第一节电子束与固体样品相互作

2、用如图，当高能电子束轰击样品表面时，由于入射电子束与样品间的相互作用，99％以上的入射电子能量将转变成热能，其余约1％的入射电子能量，将从样品中激发出各种有用的信息，它们包括：背散射电子试样吸收电子透射电子X射线阴极发光入射电子二次电子Auger电子图12-1电子束与固体样品作用是产生的信号7/15/20219一、背散射电子是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电子，它来自样品表层0.1~1m深度范围，其能量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。7/15

3、/202110二、二次电子二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变化不明显，主要决定于表面形貌，因此能非常有效地显示样品的表面形貌。7/15/2021117/15/202112三、吸收电子残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的。（形貌、成分分析）7/15/202113四、透射电子当样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能量。7/15/202114五、特

4、征X射线样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。7/15/202115六、俄歇电子从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。7/15/202116七、阴极荧光入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激发出来的可见光或红外光。7/15/202117八、感应电动势入射电子束照射半导体器件的PN结时，将产生由于电子束照射而引起的电动势.。7/15/202118上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转变为放大的电信号，

5、并在显象管荧光屏上或X－Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功能。在扫描电镜中，由电子激发产生的主要信号的信息深度：俄歇电子1nm(0.5-2nm)二次电子5-50nm背散射电子50-500nmX射线0.1-1μm7/15/202119第二节扫描电镜结构和原理结构组成成象原理7/15/202120扫描电子显微镜由电子光学系统(镜筒)、偏转系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、电源系统和真空系统等部分组成一、结构组成7/15/2021217/15/202122一、电子光学系统由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理

6、信号的激发源。7/15/202123SEM与TEM的差别•扫描电镜的电子枪与透射电镜的电子枪相似，都是为了提供电子源，但两者使用的电压是完全不同的。•透射电镜的分辨率与电子波长有关，波长越短（对应的电压越高），分辨率越高，故透射电镜的电压一般都使用100－300kV,甚至400kV、1000kV。•而扫描电镜的分辨率与电子波长无关，与电子在试样上的最小扫描范围有关，电子束斑越小，电子在试样上的最小扫描范围就越小，分辨率就越高，但还必须保证在使用足够小的电子束斑时，电子束还具有足够的强度，故通常扫描电镜的工作电压在1－30kV.7/15/202124电子枪7/15/2021

7、253．偏转系统作用：使电子束产生横向偏转，包括用于形成光栅状扫描的扫描系统，以及使样品上的电子束间断性消隐或截断的偏转系统。偏转系统可以采用横向静电场，也可采用横向磁场。7/15/202126右图给出了电子束在样品表面进行扫描的两种方式。进行形貌分析时都采用光栅扫描方式(图a)，当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又由下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。发生二次偏转的电子束通过末级透镜射到试样表面。7/15/2021274样品室样品室中最主要部件之一是样品台，它应该能够容纳大的试样（>100mm），还要能进行三维空间