掃描電子顯微鏡培訓(xùn)

掃描電子顯微造、原理和應(yīng)用ScanningElectronMicoscope

ByXXX掃描電子顯微鏡培訓(xùn)CONCENTS SEM的產(chǎn)生電子束與固體的相互作用SEM的工作原理與構(gòu)造SEM的特征與優(yōu)點名詞解釋SEM的應(yīng)用掃描電子顯微鏡培訓(xùn)

一、SEM的產(chǎn)生1.1光學(xué)顯微鏡簡介光學(xué)顯微鏡探索微觀世界的奧秘是人類幾千年以來的愿望和追求，更何況伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們也越來越需要進(jìn)一步探測和了解微觀構(gòu)造的儀器。光學(xué)顯微鏡是能提供這種需求的主要儀器之一，它突破了人類的視覺極限而延伸到肉眼無法看清的微觀世界之中。一、SEM的產(chǎn)生光學(xué)顯微鏡原理光學(xué)顯微鏡（OM）是根據(jù)凸透鏡的成像原理，經(jīng)過兩次凸透鏡的成像來達(dá)成放大的目的。一、SEM的產(chǎn)生光學(xué)顯微鏡的極限光的波長：380~760nm人眼在距離25cm時能辨別的最小間距是0.2mm光學(xué)顯微鏡的辨別力取決于入射光的波長，即可見光的波長。一、SEM的產(chǎn)生1.2電子顯微鏡簡介電子束作光源短波長的電子束作為照明源的電子顯微鏡應(yīng)運而生。一、SEM的產(chǎn)生電子顯微鏡發(fā)展歷史1924年，德布羅意（DeBroglie）提出物質(zhì)波的概念；1926年，德國的Garbor和Busch發(fā)覺用鐵殼封閉的成軸對稱磁場能夠使電子流折射聚焦；1935年，德國的Knoll提出當(dāng)代SEM的概念；1965年，英國劍橋儀器企業(yè)生產(chǎn)出第一臺商用SEM；1968年，Knoll研制出場發(fā)射電子槍；1975年，中國科學(xué)院北京科學(xué)儀器廠生產(chǎn)了我國第一臺SEM，辨別率為10nm。一、SEM的產(chǎn)生電子顯微鏡發(fā)展歷史二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用一束細(xì)聚焦的電子束轟擊試樣表面時，入射電子束與試樣的原子核和核外電子將產(chǎn)生彈性或非彈性散射作用，并激發(fā)出反應(yīng)試樣形貌、構(gòu)造和構(gòu)成的多種信息。背散射電子二次電子吸收電子透射電子特征X射線俄歇電子陰極熒光二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用—二次電子二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用—背散射電子二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用—X射線二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用—俄歇電子二、電子束與固體的相互作用2.1電子束與固體相互作用—其他信息二、電子束與固體的相互作用2.2不同信號的作用深度和廣度空間分辨率攜帶信息二次電子<10nm表面形貌背散射電子1/3作用區(qū)范圍<2μm成分及形貌特征X射線1~幾個μm化學(xué)成分能夠產(chǎn)生信號的區(qū)域稱為有效作用區(qū)，有效作用區(qū)的最深處為電子有效作用深度。二、電子束與固體的相互作用2.3多種信號的空間辨別率

二、電子束與固體的相互作用2.3多種信號的產(chǎn)額與產(chǎn)量因為二次電子的產(chǎn)額遠(yuǎn)高于俄歇電子，且俄歇電子需要超高真空進(jìn)行探測分析。所以，二次電子的辨別率相當(dāng)于束斑直徑。一般都以二次電子為SEM的分析成像信號。入射電子進(jìn)入樣品淺層表面，還未橫向擴(kuò)展開來，俄歇電子和二次電子在與入射電子束斑直徑相當(dāng)?shù)膱A柱內(nèi)激發(fā)出來，束斑直徑就是一種成像檢測單元(像點)大小。三、SEM的工作原理與構(gòu)造

3.1SEM的工作原理三、SEM的工作原理與構(gòu)造3.2SEM的主要構(gòu)造

三、SEM的工作原理與構(gòu)造電子光學(xué)系統(tǒng)信號搜集處理系統(tǒng)圖像顯示和統(tǒng)計系統(tǒng)真空系統(tǒng)電源及控制系統(tǒng)3.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造3.3SEM的構(gòu)成部分構(gòu)成：電子槍 電磁透鏡 掃描線圈 樣品室作用：取得掃描電子束，作為產(chǎn)生物理信號的激發(fā)源。為了取得較高的信號強(qiáng)度和圖像辨別率，掃描電子束應(yīng)具有較高的亮度和盡量小的束斑直徑。3.3.1電子光學(xué)系統(tǒng)電子束樣品表面三、SEM的工作原理與構(gòu)造4.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造4.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造4.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造目前，在電鏡上使用的多的是電磁透鏡，W和LaB6陰極電鏡的聚光鏡和物鏡都采用電磁透鏡，而場發(fā)射電鏡的第一聚光鏡一般采用靜電透鏡，第二聚光鏡和物鏡仍采用電磁透鏡。三、SEM的工作原理與構(gòu)造三、SEM的工作原理與構(gòu)造4.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造4.3SEM的構(gòu)成部分三、SEM的工作原理與構(gòu)造JEOL-7610F樣品臺參數(shù)樣品互換室:單步加載/卸載樣品臺:全對中，5軸馬達(dá)驅(qū)動X-Y:70mmx50mm(IA)110mmx80mm(II)140mmx80mm(III)傾斜:-5到+70°旋轉(zhuǎn):360°大樣品室：利用JSM-7610F的原則配置，即可進(jìn)行直徑最大為150mm樣品的觀察；絕大部分操作經(jīng)過鼠標(biāo)即可實現(xiàn)。三、SEM的工作原理與構(gòu)造JEOL-7610F樣品臺三、SEM的工作原理與構(gòu)造3.3SEM的構(gòu)成部分3.3.2信號搜集和顯示系統(tǒng)

信號搜集：二次電子和背散射電子搜集器、吸收電子檢測器、X射線檢測器(波譜儀和能譜儀)。顯示系統(tǒng)三、SEM的工作原理與構(gòu)造3.3SEM的構(gòu)成部分3.3.3

真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)

真空系統(tǒng)：涉及機(jī)械泵、分子泵和離子泵。作用：為確保電子光學(xué)系統(tǒng)正常工作，提供高的真空度，預(yù)防樣品污染，保持燈絲壽命，預(yù)防極間放電。要求：10-6~10-9Pa。電源系統(tǒng)：涉及開啟的多種電源(高壓、透鏡系統(tǒng)、掃描線圈)，檢測-放大系統(tǒng)電源，光電倍增管電源，真空系統(tǒng)和成像系統(tǒng)電源燈。還有穩(wěn)壓，穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路。四、名詞解釋SEM的有關(guān)術(shù)語放大倍數(shù)電子束樣品表面同步掃描示意圖熒光屏aA放大倍率M定義：M=A/aA：熒光屏寬度，a：電子束在樣品上的掃描寬度掃描電鏡中的圖像放大倍率是所用顯示熒屏中實際成像區(qū)域的邊長于電子束在是試樣上偏轉(zhuǎn)所掃過同方向距離的長度之比；它基本取決于顯示屏偏轉(zhuǎn)線圈電流與電鏡掃描線圈的電流之比。一般普及型電鏡：20~100,000倍場發(fā)射電鏡：20~300,000倍五、名詞解釋SEM的有關(guān)術(shù)語有效放大倍數(shù)一般正常人眼的裸視辨別力為0.2mm，若掃描電鏡的既有最佳辨別力為4nm，則有效放大倍率為50,000倍；假如某場發(fā)射電鏡的最佳辨別力為1nm，則有效放大倍率為200,000倍。假如沒有考慮電鏡的實際辨別能力，而盲目地增大放大倍率，這不但不會增大所放大圖像上地細(xì)節(jié)，而只能是虛放大，那樣就沒有實際放大意義了。計算例子：假如某鎢陰極電鏡的最佳辨別力為4nm，而人眼的辨別力為0.2mm，則五、名詞解釋計算例子：假如某鎢陰極電鏡的最佳辨別力為4nm，而人眼的辨別力為0.2mm，則實際情況4nm0.2mm50,000倍2mm500,000倍有效放大倍數(shù)4nm0.2mm真實情況五、名詞解釋SEM的有關(guān)術(shù)語辨別率辨別率：樣品上能夠辨別的兩個鄰近的質(zhì)點或線條間的距離。怎樣測量：拍攝圖象上，亮區(qū)間最小暗間隙寬度除以放大倍數(shù)。影響SEM圖像辨別率的主要原因有：掃描電子束斑直徑；檢測信號類型；檢測部位原子序數(shù)；機(jī)械振動及雜散磁場；操作方式；信噪比等五、名詞解釋SEM的有關(guān)術(shù)語景深樣品表面高下不平，利用掃描電鏡成像，能夠看清楚的高點F1和低點F3之間的距離稱為景深。掃描電鏡的景深優(yōu)于光鏡和透射電鏡。用一種比喻，光鏡景深若為1，掃描電鏡景深則是其300倍。尤其適合觀察粗糙面樣品或材料斷口。為提升景深，能夠選用較小的放大倍率，或者拉遠(yuǎn)樣品到物鏡下表面的距離，這稱為工作距離（WD），從左圖可見，因為WD2>WD1，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3幾種不同高度部位在圖像中均清楚。五、名詞解釋SEM的有關(guān)術(shù)語景深燈絲10kV×400WD=6mm燈絲10kV×400WD=21mm五、SEM的特征與優(yōu)點5.13種顯微鏡成像方式的比較一、SEM培訓(xùn)—簡介3種顯微鏡成像方式的比較一、SEM培訓(xùn)—簡介3種顯微鏡成像方式的比較四、SEM的特征與優(yōu)點(一)辨別力高，多數(shù)掃描電鏡的二次像辨別力都都能分別優(yōu)于1.0nm（FEG）、2.0nm（LaB6）、3.0nm（W）。

(二)放大倍率范圍廣、倍率調(diào)整以便，一般能從10倍到20萬倍，而且連續(xù)或分檔可調(diào)。

(三)樣品能夠在樣品室中作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn)，所以，能夠從多種角度對樣品進(jìn)行觀察。

(四)景深大，圖象富有立體感。掃描電鏡的景深較光學(xué)顯微鏡大幾百倍，比透射電鏡大幾十倍。

(五電子束對樣品的損傷與污染程度較小。

(六)在觀察形貌的同步，還可利用從樣品發(fā)出的其他信號作微區(qū)成份分析。4.2電子顯微鏡優(yōu)點示例圖片電子顯微鏡示例圖片示例圖片熱蒸發(fā)SiO粉末生長的二氧化硅納米線水稻根毛生長過程（用冷凍臺技術(shù)-180℃）氧化錫納米棒ESEM硫化鉍示例圖片方解石光子禁帶共晶組織陶瓷多晶六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離??？荷電現(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離??？荷電現(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離?。亢呻姮F(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用為何需要足夠大電流？六、SEM的應(yīng)用為何需要足夠大電流？六、SEM的應(yīng)用為何需要足夠大電流？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離?。亢呻姮F(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用掃描速度越慢，清楚度越高？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離??？荷電現(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用取得高辨別率圖像為何要工作距離??？六、SEM的應(yīng)用為何不同點間的灰度差就能表征出圖像特征？ 為何需要足夠大電流？掃描速度越慢，清楚度越高？ 取得高辨別率圖像為何要工作距離??？荷電現(xiàn)象的產(chǎn)生？為何采用減速能夠提升圖像清楚度？六、SEM的應(yīng)用荷電現(xiàn)象的產(chǎn)生