现代分析测试技术 扫描电镜课件.ppt

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1、第三章扫描电子显微镜ScanningElectronMicroscopy“清晨林中漫步”氧化锡纳米线的SEM照片2“花粉上的黄昏”二氧化钛花粉表面的SEM照片。此花粉是通过形状不变的“气-固”替换反应被转化成了氧化钛。其外观上的粒状表面是纳米晶体锐钛矿。此图经后续图片加工，增加了颜色和照明效果。3人体单个淋巴细胞SEM图像苍蝇SEM图像蜜蜂SEM图像霍乱细菌SEM图像4各种花粉的SEM图像5教学目标（4学时）学习和掌握扫描电子显微镜(简称扫描电镜)的基本特征内容掌握扫描电子显微镜的基本原理、结构清楚理解扫描电子显微镜原理中的物理概念理解扫描电镜制样方法了解扫描电镜的应用67人眼扫描电子显微镜

2、分辨率：0.1~0.2mm0.2μm1nm光学显微镜透射电子显微镜一、与其他显微镜比较，扫描电镜的特点78光学显微镜扫描电镜优点：可观察大块样品缺点：分辨本领、放大倍数、景深低透射电子显微镜优点：分辨本领、放大倍数高缺点：对样品厚度要求苛刻优点：分辨本领、放大倍数高，景深大，样品制备方便，配有X射线能谱仪装置，可同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析断口形貌分析纳米材料形貌分析微电子工业检测……89光学显微镜图像(b)扫描电子显微镜图像多孔硅的两种图像比较图像景深小成像质量差仅看清硅柱在某一高度附近的形貌图像景深大且分辨率较高完整的多孔硅形貌像910样品电子束晶格位场电子库仑场透射电子背散

3、射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子入射电子方向变化，动能无变化入射电子方向变化，动能变化散射弹性散射非弹性散射电子、光子、中子等二、电子与固体试样的交互作用1011样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子二次电子是指被入射电子束轰击出来的样品中原子的核外电子。入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量（30～50eV）激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出，成为真空中的自由电子特征二次电子的能量较低。二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌；二次电子的分辨率可达5～10nm，即为

4、扫描电镜的分辨率。2.1电子显微镜常用的信号1112样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子背散射电子是被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。特征背散射电子反映样品表面的不同取向、不同平均原子量的区域差别，产额随原子序数的增加而增加；利用背散射电子为成像信号，可分析形貌特征，也可显示原子序数衬度而进行定性成分分析。与样品中原子核作用而形成的弹性背散射电子与样品中核外电子作用而形成的非弹性背散射电子1213样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子x射线入射电子和原子中的内层电子发生非弹性散射作用而损失一部分能量（几百个eV）

5、，激发内层电子发生电离，形成离子，该过程称为芯电子激发。除了二次电子外，失去内层电子的原子处于不稳定的较高能量状态，将依一定的选择定则向能量较低的量子态跃迁，跃迁过程中发射出反映样品中元素组成信息的特征X射线特征X射线光子反应样品中元素的组成情况，可用于材料的成分分析。13高速度粒子(电子或光子)激发态KLhKL=L-KKL=h=hc/对于原子序数为Z的确定的物质来说，各原子能级的能量差是固有的，所以λ也是固有的特征X射线产生示意图：1415样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子Auger电子在特征X射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过

6、程中释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去，这个被电离出来的电子称为Auger（俄歇）电子。特征俄歇电子的平均白由程很小(1nm左右).只有在距离表面层1nm左右范围内(即几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具备特征能量，因此俄歇电子特别适用于表面层的成分分析。1516样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子吸收电子入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽,最后被样品吸收。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。利用测量吸收电子产生的电流，既可以成像，

7、又可以获得不同元素的定性分布情况特征当电子束入射一个多元素的样品表面时，则产生背散射电子较多的部位(原子序数大)其吸收电子的数量就较少。可进行微区成分定性分析。1617样品电子束透射电子背散射电子二次电子X射线Auger电子阴极发光吸收电子透射电子如果被分析的样品很薄．那么就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。特征它含有能量和入射电子相当的弹性散射电子，还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。携带被样品