培訓資料-掃描電鏡

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掃描電子顯微鏡一、掃描電鏡的優(yōu)點二、掃描電子顯微鏡工作原理及構造1.工作原理2.構造三：掃描電鏡的主要性能1.放大倍數(shù)2.分辨率3.景深四：SEM信號五：樣品制備六：SEM應用實例一、掃描電鏡的優(yōu)點高的分辨率。由于超高真空技術的發(fā)展，場發(fā)射電子槍的應用得到普及，現(xiàn)代先進的掃描電鏡的分辨率已經(jīng)達到1納米左右。有較高的放大倍數(shù)，20-20萬倍之間連續(xù)可調；有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細微結構試樣制備簡單。配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時進行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析。3

二、掃描電子顯微鏡工作原理及構造1、工作原理SEM原理示意圖目前的掃描電子顯微鏡可以進行形貌、微區(qū)成分和晶體結構等多種微觀組織結構信息的同位分析。掃描電鏡的工作原理可以簡單地歸納為“光柵掃描，逐點成像”。成像原理：利用細聚焦電子束在樣品表面掃描時激發(fā)出來的各種物理信號調制成像。類似電視攝影顯像的方式。SEM的樣品室附近可以裝入多個探測器。4

2、構造

電子光學系統(tǒng)(鏡筒)偏轉系統(tǒng)信號檢測放大系統(tǒng)圖像顯示和記錄系統(tǒng)電源系統(tǒng)真空系統(tǒng)SEM的構造

（1）．放大倍數(shù)熒光屏上的掃描振幅電子束在樣品上的掃描振幅放大倍數(shù)與掃描面積的關系：

(若熒光屏畫面面積為10×10cm2)

放大倍數(shù)掃描面積

10×(1cm)2100×(1mm)21,000×(100μm)210,000×(10μm)2100,000×(1μm)2三：掃描電鏡的主要性能6

三：掃描電鏡的主要性能（2）分辨率:對微區(qū)成分分析而言，它是指能分析的最小區(qū)域；對成像而言，它是指能分辨兩點之間的最小距離。入射電子束束斑直徑入射電子束在樣品中的擴展效應成像方式及所用的調制信號

二次電子像的分辨率約為5-10nm，背反射電子像的分辨率約為50-200nm。X射線的深度和廣度都遠較背反射電子的發(fā)射范圍大，所以X射線圖像的分辨率遠低于二次電子像和背反射電子像。。（3）景深

SEM（二次電子像）的景深比光學顯微鏡的大，成像富有立體感。景深是指一個透鏡對高低不平的試樣各部位能同時聚焦成像的一個能力范圍。掃描電鏡的景深為比一般光學顯微鏡景深大100-500倍，比透射電鏡的景深大10倍。

四：SEM信號三種主要信號背散射電子：入射電子在樣品中經(jīng)散射后再從上表面射出來的電子。反映樣品表面不同取向、不同平均原子量的區(qū)域差別。二次電子：由樣品中原子外殼層釋放出來，在掃描電子顯微術中反映樣品上表面的形貌特征。X射線：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時發(fā)出的光子。其他信號俄歇電子：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時，多余能量轉移給外層電子，使外層電子掙脫原子核的束縛，成為俄歇電子。詳細的介紹見本書第三篇第十三章俄歇電子能譜部分。透射電子:電子穿透樣品的部分。這些電子攜帶著被樣品吸收、衍射的信息，用于透射電鏡的明場像和透射掃描電鏡的掃描圖像,以揭示樣品內(nèi)部微觀結構的形貌特征。詳細的介紹見本書第二篇第九章電子衍射和顯微技術部分。五：樣品制備掃描電鏡的最大優(yōu)點是樣品制備方法簡單，對金屬和陶瓷等塊狀樣品，只需將它們切割成大小合適的尺寸，用導電膠將其粘接在電鏡的樣品座上即可直接進行觀察。對于非導電樣品如塑料、礦物等，在電子束作用下會產(chǎn)生電荷堆積，影響入射電子束斑和樣品發(fā)射的二次電子運動軌跡，使圖像質量下降。因此這類試樣在觀察前要噴鍍導電層進行處理，通常采用二次電子發(fā)射系數(shù)較高的金銀或碳膜做導電層，膜厚控制在20nm左右。在樣品表面鍍金屬層不僅可以防止荷電現(xiàn)象，換可以減輕由電子束引起的樣品表面損傷；增加二次電子的產(chǎn)率，提高圖像的清晰度；并可以掩蓋基材信息，只獲得表面信息。六：SEM應用實例斷口形貌分析納米材料形貌分析在微電子工業(yè)方面的應用

1018號鋼在不同溫度下的斷口形貌斷口形貌分析ZnO納米線的二次電子圖像多孔氧化鋁模板制備的金納米線的形貌（a）低倍像