扫描电子显微技术.ppt

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1、扫描电子显微技术1.概述2.电子束与样品的相互作用3.扫描电镜的构造与原理4.扫描电镜的成像5.电子探针显微分析扫描电镜是近几十年来才完善起来的一种光学仪器,可对较大试样进行原始表面观察,可对试样进行形貌、成分、晶体学、阴极发光、感应电导等方面的分析。在试样室内加入冷却、加热、弯曲、离子腐蚀等附件，可进行动态观察。目前，透射扫描电镜的分辨率已达5Å，表面扫描电镜二次电子象已优于60Å。1扫描电镜的特点1、仪器分辨本领较高，分辨率可小于0.2µm。2、仪器放大倍数变化范围大（一般为10~150000），且连续可调。3、观察式样景深大，富有立体感4、样品制备简单5、图象

2、质量容易控制2电子束与样品的相互作用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：二次电子背散射电子透射电子特征X射线俄歇电子…….二次电子二次电子是被入射电子轰击出来并离开样品表面的核外电子，它来自于距样品表面5～10nm深度范围，能量为0～50eV。二次电子对样品表面形貌十分敏感，产额与原子序数之间没有明显的依赖关系，因此最适用于表面形貌分析。但不能用作成分分析。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，它来自样品表层几百纳米的深

3、度范围，其能量很高，弹性背散射电子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，不仅能用作形貌分析，也可用来显示原子序数衬度，定性地用作成份分析。特征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，即特征X射线，其发射深度可达几个微米范围。特征X射线可用于微区元素分析。在入射电子的激发下，若试样原子中某一电子（K层电子）被电离，则空位变由高能级电子（如L2层电子）来填充，高能级电子向低能级电子跃迁时释放能量的方式，若不是以特征X射线的方式，而是用这部分能量把空位层的另一电子，或空位的外层电子发射出去，这

4、个被电离出来的电子就是俄歇电子。俄歇电子的自由能低，50~1500eV，平均自由程1nm左右，适合作表面成分分析。由于俄歇电子产生的几率随原子序数增加而减少，因此，特别适合作超轻元素分析。俄歇电子扫描电镜的分辨率和放大倍率分辨率：对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。这两者主要决定于入射束的直径，但并不直接等于其直径。因为入射束与试样相互作用会使电子束在样品内的有效激发范围大大超过入射束的直径。放大倍数：取决于显像管荧光屏的尺寸和入射束到试样表面扫描距离的比值。由于荧光屏的尺寸是固定的。因此，在扫描电镜中，放大率的变

5、化是通过改变电子束在样品表面的扫描距离来实现的。放大倍率连续可调。其放大倍数一般在20倍到20万倍之间，90年代后期生产的高级扫描电镜的放大倍数可达到80万倍。各种成像信号的分辨率信号二次电子背反射电子吸收电子特征X射线俄歇电子分辨率（Å）50500~20001000~100001000~1000050~100扫描电镜分辨率的高低与检测信号的种类有关：3扫描电镜的构造与原理扫描电镜的构造：电子光学系统信号收集处理图像显示记录系统真空系统。扫描电镜的成像：只有起聚焦作用的会聚透镜，而没有透射电镜里起放大作用的物镜、中间镜和投影镜。（1）电子光学系统电子光学系统：起信息

6、激发源的作用，由这部分提供一个能量、强度和斑点直径可调的电子束，并将其打在样品上。主要组成是电子枪、电磁透镜、光阑象散较正器扫描线圈线卷及有关电源。电子枪：分为热阴极电子枪和场发射电子枪。热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。电磁透镜：是缩小透镜，它的物就是电子束的交叉斑，打在样品上的入射电子束斑是交叉斑的

7、象。通常使用两个或三个电子透镜，以使电子束斑直径缩小100~2000倍。光阑：主要有会聚镜光阑和物镜光阑。会聚镜光阑的作用是挡掉由电子枪出来的散射角较大的电子或其它杂散电子。物镜光阑的作用是可在镜筒外进行调节和选择孔径。热电子枪由灯丝（阴极）、栅极帽、阳极组成。常用灯丝为钨丝（如H-800)、LaB6(如JEM-3010)。栅极呈圆柱形或圆锥形，其作用是把发散的电子束会聚起来，在阳极附近形成一个最小的电子束腰称之为交叉斑。阳极的作用是通过高压电源在阴极与阳极之间形成加速电场拉出热电子，使由阴极发出的热电子形成具有一定能量的电子束。A、热阴极电子枪自偏转回路起限制