掃描電鏡韓超

掃描電子顯微鏡

SEM(scanning

electronmicroscope)2/4/20231韓超掃描電子顯微鏡1、工作原理2、系統(tǒng)組成3、樣品制備4、操作步驟5、注意事項(xiàng)6、SEM應(yīng)用

2/4/202341、工作原理SEM的工作原理是用一束極細(xì)的電子束掃描樣品，在樣品表面激發(fā)出次級(jí)電子，次級(jí)電子的多少與電子束入射角有關(guān)，也就是說(shuō)與樣品的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，次級(jí)電子由探測(cè)體收集，并在那里被閃爍器轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，再經(jīng)光電倍增管和放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)來(lái)控制熒光屏上電子束的強(qiáng)度，顯示出與電子束同步的掃描圖像。圖像為立體形象，反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。為了使標(biāo)本表面發(fā)射出次級(jí)電子，標(biāo)本在固定、脫水后，要噴涂上一層重金屬微粒，重金屬在電子束的轟擊下發(fā)出次級(jí)電子信號(hào)。2/4/20235次級(jí)電子的多少與電子束入射角有關(guān)，也就是說(shuō)與樣品的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)2、系統(tǒng)組成2/4/20238(1)電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）

(2)掃描系統(tǒng)(3)信號(hào)收集系統(tǒng)

(4)圖像顯示和記錄系統(tǒng)

(5)真空系統(tǒng)(6)電源系統(tǒng)（1）電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）由電子槍、聚光鏡、物鏡和樣品室等部件組成。它的作用是將來(lái)自電子槍的電子束聚焦成亮度高、直徑小的入射束(直徑一般為10nm或更小)來(lái)轟擊樣品，使樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)。2/4/20239氣動(dòng)氣鎖閥（2）掃描系統(tǒng)掃描系統(tǒng)是掃描電鏡的特殊部件，它由掃描發(fā)生器和掃描線圈組成。它的作用是：1)使入射電子束在樣品表面掃描，并使陰極射線顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描；2)改變?nèi)肷涫跇悠繁砻娴膾呙枵穹?，從而改變掃描像的放大倍?shù)2/4/202312(3)信號(hào)收集系統(tǒng)

掃描電鏡應(yīng)用的物理信號(hào)可分為：1)電子信號(hào)，包括二次電子、背散射電子、透射電子和吸收電子。吸收電子可直接用電流表測(cè)，其他電子信號(hào)用電子收集器（最常用）；2)特征X射線信號(hào)，用X射線譜儀檢測(cè)；3)可見(jiàn)光訊號(hào)（陰極熒光），用可見(jiàn)光收集器。2/4/202313

(4)圖像顯示和記錄系統(tǒng)

這一系統(tǒng)的作用是將信號(hào)收集器輸出的信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為陰極射線顯像管電子束強(qiáng)度的變化，這樣就在熒光屏上得到一幅與樣品掃描點(diǎn)產(chǎn)生的某一種物理訊號(hào)成正比例的亮度變化的掃描像，同時(shí)用照相方式記錄下來(lái)，或用數(shù)字化形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。2/4/202315(5)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個(gè)密封的柱形容器。真空泵用來(lái)在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。成像系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內(nèi)置在真空柱中。真空柱底端即為密封室，用于放置樣品。之所以要用真空，主要基于以下兩點(diǎn)原因：1、電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會(huì)迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM時(shí)需要用真空以外，平時(shí)還需要以純氮?dú)饣蚨栊詺怏w充滿整個(gè)真空柱2、為了增大電子的平均自由度2/4/202316(6)電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)由穩(wěn)壓，穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路所組成，其作用是提供掃描電鏡各部分所需的電源。2/4/202317a電子光學(xué)系統(tǒng)掃描系統(tǒng)信號(hào)收集系統(tǒng)

圖像顯示和記錄系統(tǒng)

電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)過(guò)3個(gè)電磁透鏡聚焦信號(hào)強(qiáng)度隨樣品表面特征而變。它們分別被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管。在樣品表面按順序逐行掃描，激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào):二次電子、背散射電子、特征X射線等。

3、樣品制備

電鏡樣品制備的兩個(gè)原則a、樣品清潔干燥、且在真空中穩(wěn)定b、樣品導(dǎo)電或與樣品臺(tái)能夠形成回路2/4/202320絕緣/弱導(dǎo)電樣品的制備

對(duì)于絕緣體或?qū)щ娦圆畹牟牧蟻?lái)說(shuō)，則需要預(yù)先在分析表面上鍍一層厚度約10～20nm的導(dǎo)電層。否則，在電子束照射到該樣品上時(shí)，會(huì)形成電子堆積，阻擋入射電子束進(jìn)入和樣品內(nèi)電子射出樣品表面。2/4/202321試樣的清潔干燥

含有水分的試樣應(yīng)先烘干除去水分。表面受到污染的試樣，要在不破壞試樣表面結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行適當(dāng)清洗，然后烘干。可用酒精或丙酮在超聲波清洗儀里清洗后吹干。試樣的尺寸

樣品盡量的小，最大不能超出樣品臺(tái)邊緣，高度以10mm以下為宜。導(dǎo)電樣品的制備

塊狀導(dǎo)電材料，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外樣品需清潔干燥、試樣底部平整便于平穩(wěn)的粘貼在樣品臺(tái)上。粉末樣品的制備

先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在樣品座上，再均勻地把粉末樣撒在上面，用吸耳球吹去未粘住的粉末，再鍍上一層導(dǎo)電膜，即可上電鏡上觀察。2/4/2023224、操作步驟2/4/2023231）啟動(dòng)系統(tǒng)2）中間換樣品3）測(cè)試樣品4）結(jié)束程序具體的操作，在實(shí)際操作時(shí)更容易理解，在此不再給大家詳細(xì)講述。1）

啟動(dòng)系統(tǒng)

1．打開(kāi)計(jì)算機(jī)，登陸用戶帳號(hào)operater，輸入密碼sem；

2．打開(kāi)桌面上的軟件SS-550”,打開(kāi)菜單file單擊online，出現(xiàn)對(duì)話框“doyouwanttoinitializethestage”,單擊“yes”；

3．單擊控制面板中的position，選擇“Z-WD”；

4．加高壓

單擊控制面板上的setting，單擊其中的gunsetting，選擇autosaturatingbeamon和currentdown，用鼠標(biāo)將filamentcurrent劃鍵拖回零點(diǎn)，再點(diǎn)擊atuosaturationnow；2/4/2023242/4/2023255．合軸（1）選擇gunsetting，單擊alignment，選擇emissionpattern，單擊工具條上的十字按鈕，調(diào)節(jié)橢圓光斑的亮度和對(duì)比度。如果橢圓光斑亮度不均，則用鼠標(biāo)將filamentcurrent值微調(diào)增大至均勻，，點(diǎn)擊memorizelimit,進(jìn)行下一步操作。（注：filamentcurrent值變化不能超過(guò)0.15v）（2）單擊tilt按鈕，用鼠標(biāo)左鍵按住光斑中心將其拖至調(diào)至十字型中心；（3）選擇transpattern，單擊trans按鈕，用同樣方法將光斑中心調(diào)至十字型中心。（4）重復(fù)步驟（1）、（2）、（3），直至光斑中心在emissionpattern和transpattern狀態(tài)下都處于十字型中心。（5）在gunsetting欄中選擇normal后，單擊close按鈕關(guān)閉gunsetting窗口2）中間換樣品2/4/2023261、單擊beamon，beamon鍵變暗，表示已處于beamoff狀態(tài)；2、初始化單擊position，選擇initialize，出現(xiàn)對(duì)話框，選擇OK；3、排氣單擊vent按鈕，狀態(tài)欄顯示venting，按鈕變綠后，排氣完成；4、換樣品緩慢地將樣品室拉開(kāi)，輕輕將原樣品取下，裝入新樣品，并用螺絲刀固定。5、抽真空單擊pump按鈕，狀態(tài)欄顯示pumping，按鈕變綠后，抽真空完畢，可進(jìn)行正常測(cè)試。3）測(cè)試樣品2/4/202327

1.選擇視野

選擇控制面板上的position，單擊specimenstage，選擇合適的絕對(duì)（absolute）或相對(duì)（relative）旋轉(zhuǎn)角度（R），點(diǎn)擊move，將視野對(duì)準(zhǔn)要觀察的樣品臺(tái)，關(guān)閉窗口；然后點(diǎn)擊map，雙擊要觀察的區(qū)域，將十字形中心對(duì)準(zhǔn)觀察區(qū)，關(guān)閉窗口。

或者直接單擊map，選擇對(duì)應(yīng)號(hào)碼的樣品臺(tái)。2.將掃描模式調(diào)為TV,工具條上的濾光（filt）按鈕自動(dòng)打開(kāi)；3.調(diào)整圖像的亮度和對(duì)比度，選擇要觀察的樣品區(qū)域；4.調(diào)整圖像的放大倍數(shù)，進(jìn)行聚焦和消像散操作

放大倍數(shù)從低到高；每個(gè)倍數(shù)下先聚焦到最佳后再進(jìn)行消像散操作，再聚焦、消像散，反復(fù)進(jìn)行至圖像最清晰后，再調(diào)到較高放大倍數(shù)。2/4/202328

5.若聚焦時(shí)圖像有左右或上下移動(dòng)現(xiàn)象，需調(diào)節(jié)物鏡光欄，具體操作見(jiàn)步驟六；6.若聚焦和消像散后圖像清晰度仍不好，可改變WD（13）,PROBESIZE（調(diào)至3）,AccV（一般不動(dòng)）等參數(shù)；7.圖像清晰后，點(diǎn)擊工具條上的DATA按鈕，可在圖像下部加標(biāo)尺；8.拍照單擊工具條中掃描速度3及其右面的第二個(gè)按鈕，待控制面板中的FREEZE按鈕變黃色后，拍照完成；9.照片保存點(diǎn)擊file中的saveas將圖片存為tif格式；10.重新觀察其它樣品時(shí)，點(diǎn)擊控制面板中的live，激活圖像，將掃描模式調(diào)為TV，重復(fù)以上步驟即可。換樣品臺(tái)時(shí)應(yīng)先將工作距離調(diào)大（position欄中R的值不高于25mm），將放大倍數(shù)調(diào)?。?lt;100倍）。4）結(jié)束程序2/4/2023291.

單擊setting欄中地beamon按鈕，保證發(fā)射電流（emmisioncurrent）為零；2.體系長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)（假期），單擊工具條中的file，選擇shutdown，出現(xiàn)對(duì)話框“areyousuretoshutdowntheSEM?”，選擇“OK”；3.約35min后旋轉(zhuǎn)式泵停止，指示燈熄滅，軟件自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)方可關(guān)閉主面板后的總電源，然后關(guān)閉冷凝水。4.關(guān)閉計(jì)算機(jī)，顯示器，關(guān)閉插板電源。若短時(shí)間休息（工作日），則只將beamon關(guān)閉即可。5、注意事項(xiàng)

a、不導(dǎo)電的樣品檢驗(yàn)前須表面噴金處理；b、所有試樣檢驗(yàn)前須在超聲波清洗儀里用酒精清洗，清洗完畢后用風(fēng)機(jī)吹干；c、處理過(guò)的樣品在放入樣品倉(cāng)前用吸耳球反復(fù)吹掃表面，吸耳球吹不掉的即可放入樣品倉(cāng)；

d、試樣高度以10mm以下為宜，太高的樣品因信號(hào)傳輸受阻影響成像效果；

e、不能檢測(cè)磁性樣品，磁性樣品對(duì)電子束有影響，無(wú)法成像，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其消磁2/4/2023306、SEM應(yīng)用（1）生物：種子、花粉、細(xì)菌、大腸、絨毛、細(xì)胞、纖維……（2）醫(yī)學(xué)：血球、病毒……（3）材料：陶瓷、高分子、粉末、金屬、金屬夾雜物、環(huán)氧樹(shù)脂……（4）化學(xué)、物理、地質(zhì)、冶金、礦物、污泥（桿菌）、機(jī)械、電機(jī)及導(dǎo)電性樣品，如半導(dǎo)體(IC、線寬量測(cè)、斷面、結(jié)構(gòu)觀察……）電子材料等。2/4/202331

1）生物應(yīng)用2/4/2023322/4/2023332/4/202334a:黃鱔卵外觀;b:卵膜孔附近卵膜外觀;c:卵膜孔與受精孔;d:黃鱔外卵膜棘狀凸起應(yīng)用依據(jù)2/4/202335

為更清晰更深入地了解黃鱔受精過(guò)程及其受精率低的原因，解決黃鱔人工繁殖問(wèn)題，作者利用掃描電鏡觀察黃鱔精子成熟卵形態(tài)特征及其精子入卵過(guò)程，為黃鱔的規(guī)?；斯し敝澈唾Y源合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。2/4/202336鹿類動(dòng)物毛的掃描電鏡分析2/4/2023圖16坡鹿不同個(gè)體、不同部位鱗片比較(上中下圖分別為:根部、中部、尖部)37應(yīng)用依據(jù)

為了弄清動(dòng)物毛的掃描電鏡分析得出的超微結(jié)構(gòu)的結(jié)論在動(dòng)物分類或鑒別上的可行性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,筆者以種屬劃分較多、較細(xì)的鹿科動(dòng)物毛為樣品進(jìn)行了掃描電鏡分析。2/4/2023382/4/202339木瓜花的花藥2/4/202340木瓜花的花粉2）斷口分析根據(jù)斷口形貌分析材料的韌、脆性，進(jìn)而判斷材料的性能。還可對(duì)機(jī)械零部件失效分析，可根據(jù)斷口學(xué)原理判斷斷裂性質(zhì)(如塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等)，追溯斷裂原因，調(diào)查斷裂是跟原材料質(zhì)量有關(guān)還是跟后續(xù)加工或使用情況有關(guān)等。2/4/202341沿晶脆性斷口2/4/202342沿晶斷口高倍圖片解離脆性斷口2/4/202343解離斷裂也是脆性斷裂韌窩斷口