sem__材料测试方法-扫描电镜.ppt

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1、扫描电子显微镜扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope)简称扫描电镜或SEM，它是以类似电视摄影显像的方式利用细聚焦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。新式SEM的二次电子像的分辨率已达到3-4nm，放大倍数可以从数倍放大到20万倍左右。引言扫描电镜的优点是:1、有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；2、有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；3、试样制备简单；4、可同时进行显微形貌观察和微区成分分析。引言1.1SEM的结构SEM的构造和工作原理SEM的构造和工作原理1

2、.2SEM的结构a.电子光学系统b.信号收集处理，图像显示和记录系统c.真空系统扫描电镜电子枪电磁透镜扫描线圈样品室（1）电子光学系统(镜筒)作用是用来获得很细的电子束（直径约几个nm），作为产生物理信号的激发源。SEM的构造和工作原理a.电子枪★作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。b.电磁透镜★聚光镜作用：主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成只有几个nm的细小束斑。为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用3个。SEM的构造和工作原理d.样品室★主要部件是样品台。它能夹持一定尺寸的样品，并能使样品进行三维

3、空间的移动，还能倾斜和转动,以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。c.扫描线圈★作用：使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫描；即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步扫描信号。（2）信号收集处理，图像显示和记录系统SEM的构造和工作原理作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各种物理信号，并进行放大；将信号检测放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。SEM的构造和工作原理（3）真空系统★作用：保证电子光学系统正常工作，防止样品污染，避免灯丝寿命快速下降。★需要提供高的真空度，一般情况下要求保持10-

4、4-10-5mmHg的真空度。SEM的成像衬度二次电子像衬度背散射电子像衬度分衬度：电子像的明暗程度取决于电子束的强弱，当两个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异，这种差异就是衬度。形貌衬度：由于试样表面形貌差别而形成的衬度。成分衬度：由于试样表面不同部位原子序数不同而形成的衬度。二次电子像衬度SEM的成像衬度(1)二次电子成像原理a.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核外电子。b.二次电子的性质：主要来自样品表层5~10nm深度范围，当大于10nm时，能量较低(小于50eV)，且自由程较短，不能逸出样品表面，最终被样品吸收。c.二次电子的

5、数量和原子序数没有明显的关系，对样品微区表面的几何形状十分敏感。SEM的成像衬度二次电子产额最少2d.二次电子成像原理图有效深度增加到倍，入射电子使距表面5-10nm的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多，如：A—较深的部位，虽有自由电子，但最终被样品吸收。有效深度增加到2倍，二次电子数量更多。SEM的成像衬度e.二次电子形貌衬度图B区，倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低；C区，倾斜度最大，二次电子产额最多，亮度最大；二次电子形貌衬度示意图★实际中：SEM的成像衬度(a)有凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处，则二次电子产额较多，在荧光屏上这些部位亮度较大；(b)

6、平面处，二次电子产额较小，亮度较低；(c)深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易被检测到所以较暗。实际样品中二次电子的激发过程示意图a)凸出尖端；b)小颗粒；c)侧面；d)凹槽SEM的成像衬度凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处在荧光屏上这些部位亮度较大；平面处，二次电子产额较小，亮度较低；深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易被检测到所以较暗。SEM的成像衬度（1）分辨率高；（2）立体感强；（3）主要反应形貌衬度。(3)二次电子像衬度的特点：SEM的成像衬度背散射电子像衬度a.背散射电子：是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分电子。b.背射电子信号既可以

7、用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度.c.背散射电子产额对原子序数十分敏感。（Z<40）(1)背散射电子成像原理在进行分析时，样品中原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多，故荧光屏上的图像较亮。因此，利用原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域在图像上是亮区，而轻元素在图像上是暗区。SEM的成像衬度背散射电子产额与原子序数间的关系SEM的成像衬度（1）分辩率低；（2）背散射电子检测效率低，衬度小；（3）主要反应原子序数衬度。(2)背散射电子像衬度的特点：SEM试样的制备试样导电性良好——可保持原样；不导电，或在真空