扫描电镜原理

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1、扫描电镜的原理及应用一.扫描电镜基本原理扫描电子显微镜的成像原理：是以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦高能电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。早在1935年，德国的Knoll就提出了扫描电镜的工作原理。1938年，VonArdenne开始进行实验研究。1942年，Zworykin、Hill制成了第一台实验室用的扫描电镜，但真正作为商品，那是1965年的事。70年代开始，扫描电镜的性能突然提高很多，其分辨率优于20nm，才广泛地被应用。11、扫描电镜的构造和工作原理（1）扫描电镜结构原理方框图扫描电镜构造：1.电子光学系统；

2、2.信号收集处理、图像显示和记录系统；3.真空系统；4.电气系统四个基本部分组成。21、扫描电镜的构造和工作原理（2）基本工作原理：扫描电镜结构原理方框图3通过对电子枪内的钨灯丝加-20KV的高电压，使电子枪处于热激发状态，在阳极的作用下，处于热激发状态的电子枪就可以激发出电子束，这个电子束就是光源。但是刚刚激发出的电子束束斑比较粗，大概7-10微米左右，不利于清晰成像，因此，有必要对该电子束进行细化，这就是要在样品与电子枪之间加3级“聚光镜”，我们这里的“聚光镜”不是光学中应用的棱镜，而是一对对的电磁透镜，因为，在真空状态下，磁场中高速运行的电

3、子束会发生偏转，我们利用这个原理对电子束进行“聚焦”约束。三个电磁透镜中的前两个是强磁透镜，可起到把电子束光斑缩小的作用，而第三个非对称磁场为弱磁透镜，它起到的作用是延长焦距。布置这个末级透镜（习惯上成为物镜）的目的在于使样品和透镜之间留有一定的空间，以便装入各种信号探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元尺寸越小，相应的分辨率就越高。采用普通的热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径可进一步缩小。在扫描线圈作用下，在样品表面扫描，激发出各种物理信号，其强度随样品

4、表面特征而变化。通过检测器检测信号，并经放大，调制图像。2、电子与固体作用产生的信号4背散射电子：入射电子束被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子,散射角度大于90度的那些入射电子，其能量基本上或者几乎没有损失。能量可达到数万电子伏。非弹性背散射电子,入射电子与样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向发生改变，能量也有不同程度的损失。能量从数十电子伏到数千电子伏。无论弹性还是非弹性背散射电子都来源于样品的表层几百纳米的深度范围。由于它的产额能随样品的原子序数增大而增多，所以不仅能做形

5、貌的分析，而且可以用来显示原子序数衬度，定性的用作成分分析。二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子的核外电子。是一种真空中的自由电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，因此外层电子比较容易和原子脱离，是原子电离。又由于入射电子的高能量，入射到样品表面时，可以产生许多自由电子。二次电子的能量很低，一般不超过50电子伏。且一般都是在表层5-10nm深度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效的显示样品的表面形貌。二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析。特征X射线是当

6、样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。根据莫塞来定律，如果我们用X射线探测器测到了样品微区中存在某一种特征波长，就可以判定这个微区中存在着相应的元素。3、成像原理及信号采集及应用（1）(1)表面形貌衬度原理：利用二次电子特性进行成像，二次电子数量和原子序数无明显的关系，但对微区表面的几何形状十分敏感。5被入射电子束激发出的二次电子数量和原子序数没有明显的关系，但是二次电子对微区表面的几何形状十分敏感。上图说明了样品表面和电子束相对

7、位置与二次电子产额之间的关系。入射束与样品表面法线相平行时，即图中a），二次电子的产额最少。若样品倾斜了45度，则电子束穿入样品激发二次电子的有效深度增加了1.414倍，入射电子激发表面的二次电子数量增多（黑色区域）。同理，样品倾斜了60度，则有效深度增加了2倍，产生的二次电子数量进一步增加。二次电子形貌衬度的形成原理：3、成像原理、信号采集及应用（2）6根据上述原理图画出的二次电子形貌衬度示意图若样品上：1.B面的倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低。2.A面倾斜度次之，亮度为灰色。3.C面倾斜度最大，亮度也最大。样品表面倾斜度越小，二次电子

8、产额越少，亮度越低，反之，样品表面倾斜度越大，二次电子产额越多，亮度越大。电子检测器：它由闪烁体、光电管、光电倍增器组成。3、成像原理、