掃描電子顯微鏡原理SEM圖形并茂講解

1、電子顯微分折是基于電子束照 射材料，并與材料何的相互作用而 建立曲一種現(xiàn)代材料分析方法9它主要用來對材料微觀形貌、 結(jié)構(gòu)與成分進行分析-通常人眼能分辨的最小距離 約為0.2啊 為了觀察分析更微 小的細節(jié)，人們相繼發(fā)明了各種 觀察儀器首先出現(xiàn)的是光學(xué)顯微鏡它 利用可乂光作為照明束照射樣品， 再將照明束與樣品的作用結(jié)果由成 像放大系統(tǒng)處理，構(gòu)成適合人眼觀 察的放大像光學(xué)顯微鏡由于受可見光波長 范圍的限制，能分辨的躡小距離約200um.比人眼的分辨本領(lǐng)提高約-干倍光學(xué)顯微親下的tt尖為突破光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的極限，人 們想到3以電子作照明束，并于2Q世紀30年 代制出了第一臺透射電子顯微鏡B目前，高

2、分辨率透射電子顯微鏡的分辨 本領(lǐng)已達到原子尺度水平（約O.lum）.比 光學(xué)顯微鏡提高近兩干倍.此外，利用電子作照明束所帶來的益處不僅僅 在于成像本領(lǐng)的提高，還在于它可以得到一些董要 顯微技術(shù)已經(jīng)成了研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的最強有力的 下面我們對電鏡的墓本原理逬行一些簡單介紹0的有關(guān)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的其它信息因It匕現(xiàn)代的電子電子昱微親下的針尖樣品O特征X射線&弾性敵射電子二次電子C俄歇電子用作照射樣品的照明束一 電子束具有質(zhì)量小，電離的特此當(dāng)電子對樣品逬行轟擊時，入射電子與樣品原子的原子 核和電子會發(fā)生相互作用，并使樣品產(chǎn)生各種電子信號。C透射電子 非彈性敵射電子函射電予彈I性散射電子 菲彈I性散射電

3、予 二床電予 IISUMf特fix射綾 俄娥電子主要的信號有透射電子、彈 性散射電子、非弾性散射電子、 二次電子吸收電子、特征X射 線和俄歇電子等等。用不同的儀器對不同的信號 進行檢測，就可以對樣品表面的 結(jié)構(gòu)，成分等逬行分析。點擊左軀按鈕、你會筑道更釦C彈牲敬射電予 O非彈曲散射電子結(jié)構(gòu)和歪面形貌等方的消息,如果禪品很薄，一部分入射電子就會穿過樣品井成為透射電子。這些透射電子會帶有物質(zhì)透射電鏡就是利用這種粒子對樣品進行檢測的樣品原子Q二坎電子0服收電子r特邠卞射線C 俄歇電子a誡射電予C彈1卄歆娜子菲彈1性散射電予a二味電子毆收電予r特fltx射線c俄螺電子入射電子在進入樣品后有可能受到樣品

4、原子核的作用而發(fā)生能童損失很小的彈性散射如果某電子散射角小于90度，則它就會被從入射表面弾回稱為弾性背散射電子它星掃描電鏡常用的檢測源而如果樣品很薄，則彈性歆射電子有可能從樣品的另一袤面穿 出，而對這些電子的檢測是透射電鏡的任務(wù)。入射電子在進入樣品后有可能受到樣品中電子的作用而發(fā)生能損失很大的非彈性散射。如果某電子經(jīng)過若干次非彈性散射又從入射表面 謹射電了弾回，則稱之為非彈性背敵射電子.它是掃描電鏡常用的檢測源。而如彈貳散射電子果樣品很薄貝!1非彈性散射電子有可能從樣品的另一個表面穿出，而對這些電子的檢測是由透射電鏡來完成的菲彈i性哪電予一一二慶電子I收電子忖fllX射線俄就電予謹射晅予彈料散

5、射電子1F牌牲散射電子瞰收電子特filx射純俄螺覽子二次電子二次電子是由于入射電子束的作 用而離開樣品表面的樣品電子亍它是 一種真空中的自由電子能一般很 低而且對樣品的表面形貌十分敎感， 因此可以有效顯示樣品的表面形貌&isay 子彈牲散射醴子 非譚i性散射咆予 二慶電子特filx射線 佻就電子Z*X入射電子進入樣品，經(jīng)過多次非彈性散射后能量喪失殆色后祓樣品吸收。若對樣品進行 電流的測童就可以測得這種電 子的多少。而這種電子隨原子掙 數(shù)而變化因此可以用來進行定 性的成分分折。函射電予C彈I性散射電子非彈I散射電子二慶電子118收電予峙扯轡線俄歇電予當(dāng)入電子與樣品原子的內(nèi)層電子發(fā)生作用時產(chǎn)生二次

6、電子后. 原子的內(nèi)層電子就岀現(xiàn)空位，因而原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，外層電子將向內(nèi)層躍遷以填補內(nèi)層電子的空缺，這時躍遷的電子就會釋放具有特征能量的X射線。根據(jù)所發(fā)射的X射線的波長.就可以判斷相應(yīng)的元素存在。電子探針就是利用x射線進行分析的特征J（射線光子k子核入射粒子廣樣品電子誘射電予彈i性散射觀子e菲弾牲散射電予在入射電子轟擊樣品的過程中，在特定的能量范圍內(nèi). 樣品原子發(fā)射的X射線被另外一個電子吸收，并使它從原子 中飛出而成為俄歇電子。對于不同的元素，這種電子的能量 是各不相同的，因而這種電子特別適用于表面層成分分析， 也是俄歇能譜儀的分析基礎(chǔ).原子核入射粒子樣品電子俄歇電子（內(nèi)幻）raffle匸(

7、wwj ) v(ms)giMfiyiaKHFI-zt )級El魯rr*卻巧() Iliwitl 定掃描電鏡是電子顯微鏡中的一種，它是通過電子束打到固體樣品表面所產(chǎn)生的電子為分析對象來分折固體袤面,的形貌，結(jié)構(gòu)或成分它的工作與原理是這樣的:由電子槍發(fā)射出的電子在電場作 用不加速，又經(jīng)過電磁透鏡的聚 焦作用在樣品表面聚焦成為扱細的電子束,展小直徑可以達到電子槍-i ?檢測器口益示屏二卜樣品電子槍電子束與樣品間可以發(fā)生相互 作用，激發(fā)樣品產(chǎn)生出各種物理信 號，如二次電子、背散射電子、俄 歇電子、x射線等，它們的強度隨 樣品衷面特征而改變樣品電子槍樣品電子槍電碣選銳檢測器顯示屏樣品電子槍樣品電子槍這些

8、特征信號，被按種類、成 比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號經(jīng)過視頻 放大和信號處理從而在熒光屏上 獲得能反映樣品表面特征的掃描團 像樣品電子槍這些特征信號，被按種類、成 比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號，經(jīng)過視頻 放大和信號處理，從而在熒光屏上 獲得能反映樣品表面特征的掃描圖放大的倍數(shù)也可以得到調(diào)節(jié).電磁透槻檢測器k-二j謂點擊下方按鈕顯示屏樣品掃描電鏡具有以下特點:分辨本領(lǐng)高樣品信息豐請點擊上面的按鈕在相同放大倍數(shù)的情況下，豹描電鏡的景深比光學(xué)顯微鏡大幾百 倍.比透射電鏡也大幾十倍，所以 掃描電鏡圖象有扱強的立體感，可 以觀察樣品的三維立體結(jié)構(gòu)。請點壬上面的按超掃描透鏡可以直接觀察大塊 厚樣品不需切片復(fù)型等樣品處 理

9、。請點擊上面的按ts現(xiàn)代掃描電鏡的分辨本領(lǐng)為45納米，已經(jīng)十分槪透射電鏡，但其 結(jié)構(gòu)卻非常簡單。鼻放大倍數(shù)可以在 十幾倍到幾十萬倍的很大范圍內(nèi)連續(xù) 任意變化，因此可以實現(xiàn)對任何樣品 從宏觀到徴觀的連續(xù)觀察和分析掃描電鏡具有以下特點:請盤擊上面的按鈕掃描電鏡所分析的物理信號有很 多種用不同的檢測器分別接收平同 的信號.就可以得到相應(yīng)的圖象+對 樣品的表面形貌、成分和結(jié)構(gòu)進行觀 察和分析。掃描電子顯微鏡由電子光覺系統(tǒng)、16轉(zhuǎn)系統(tǒng)信號檢測放莫系統(tǒng)、圈月溫示和記錄系統(tǒng)善部分組成。其中m要的是電子光學(xué)系統(tǒng)和信號檢測放大系統(tǒng)下面僅對電子光學(xué)系統(tǒng)的電 子槍和電子透観作簡單介紹。O口 a掃描電子顯徽鏡由電子光

10、學(xué) 蹄、債轉(zhuǎn)巒 信號檢測放犬 系統(tǒng)，MS示和記錄系統(tǒng) 等部分組成其中最重要的是電子光學(xué)系 統(tǒng)和信號檢測放大系統(tǒng)。下面僅對電子光學(xué)系統(tǒng)的電尊部分組成。掃描電子顯徽鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)u ;、二 卜系統(tǒng)、圖像顯示和記旨系統(tǒng)其中最重要的是電子光學(xué)系統(tǒng)和信號檢測放大系統(tǒng)。僅對電子光學(xué)系統(tǒng)的電掃描電子顯微鏡由電子光學(xué) 系統(tǒng)、16轉(zhuǎn)系統(tǒng)、信號檢測放大 系統(tǒng)、 系統(tǒng)善部分組成其中最重要的是電子光學(xué)系 統(tǒng)和信號檢測放大系統(tǒng)下面僅對電子光學(xué)系統(tǒng)的電 子槍和電子透鏡作簡單介紹。鋅電位線電子槍電子束由電子槍產(chǎn)生，給電 子槍中的鵠絲通電，它就會發(fā)熱 井放出電子，在下方的陽極給這 些電子很強的吸引力，電子朝著陽極加速運動，

11、從陽極中倒的孔 中飛過的電子就匯成了逬入電鏡 的電子束。光學(xué)透鏡對于光學(xué)玻璃透鏡，我們已 經(jīng)很明e了。平行光穿過透鏡后 發(fā)生折射就會聚焦在透鏡的焦點 上。如同利用光學(xué)述鏡控制光的 聚焦、成像一樣，電鏡中的電子 運鏡可以對電子束進行聚焦，井 控制成像。磁場電子電甜選鏡原理對電子數(shù)起到聚焦作用的可 以是施轉(zhuǎn)對稱的靜電場或磁場, 相應(yīng)地就有靜電透鏡和磁透鏡。其中利用電磁線圈產(chǎn)生磁場的電便地調(diào)節(jié)磁場強度，從而調(diào)節(jié)透 鏡焦距和放大倍數(shù)，所以在電子 顯微鏡中得到廣泛采用-電磁透鏡主要由兩部分成。第一部分是由軟磁材料（如純鐵 制成的中心穿孔的柱體對稱芯子，被稱 為極靴0大多數(shù)磁透鏡有上極靴和下極 靴，兩極靴

12、之間留有一定間隙，極靴的 孔徑與間陳比是電瞪透鏡的重要參數(shù)之第二部分是環(huán)繞極靴的銅線圈，當(dāng) 電流流過線圈時，極靴被磁化，幷在心 腔內(nèi)建立起磁場，幷對電子束產(chǎn)生聚焦 作用A 7、逐 掃描電鏡在觀察斷形貌方面的優(yōu)勢磅 人們公認的，它可以直接觀察斷口，不需鞋t 丿象透射電鏡那樣進行復(fù)雜的樣品制備.可以 /斷口形覩觀察顯微組織觀察電鏡那樣進行復(fù)雜的樣品制備.可以/ 對斷在很寬的倍率范IS內(nèi)逬行連續(xù)觀察9/即可以進行低倍的大范匾掃描，又可以對某/些感興理的區(qū)域進行高倍掃描.顯示斷醪厶 貌特征*揭示斷裂機理。提高分辨本領(lǐng)低壓掃描電鏡發(fā)展新型電錘顯微分析境勢斷形覩觀案黴組織觀察低壓捋描電鏡掃描電橈具有比光學(xué)顯微鏡和18射電鏡 ”/題多的景深，所以可以獲得其他顯微鏡無 法得到的三維立體形態(tài)像，為進一步分析組 成相的形成機理及其三維形態(tài)特征提供了一 種有效的方法發(fā)展新型電鏡顯微分析規(guī)勢顯微組織觀察場發(fā)射電子槍具有亮度高、能童分散小 績命長的優(yōu)點，對分辨率的提高有極大幫 勛，隨著鬲真空技術(shù)和場發(fā)射技術(shù)的完善， 在發(fā)展高性能電鏡方面會有一定作為的。低壓掃描電鏡發(fā)展新型電鏡顯微分析趙勢斷形貌觀察顯微組織觀鑒低壓掃描電鏡是掃描電鏡發(fā)展的新的方 它可以直接觀察絕綠樣品而不會產(chǎn)主充 電現(xiàn)象滾而且電子能量小，穿透力弱，對樣 坊 品的輻射按失小提高分辨本領(lǐng)低壓掃描電鏡