掃描電鏡和電子探針的原理和應用

掃描電鏡和電子探針的原理和應用第1頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六目錄1、背景2、工作原理（1）掃描電鏡的工作原理（2）電子探針的工作原理3、應用（1）掃描電鏡的應用（2）電子探針的應用4、參考資料第2頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六1、背景

掃描電子顯微鏡和電子探針由于其制樣簡單、放大倍數(shù)可調范圍寬、圖像的分辨率高、景深大等特點，故被廣泛地應用于化學、生物、醫(yī)學、冶金、材料、半導體制造、微電路檢查等各個研究領域和工業(yè)部門。它們在材料科學中有著廣泛的應用，在實際應用中也有著一定的區(qū)別。掃描電子顯微鏡第3頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六

電子探針是電子探針X射線顯微分析儀的簡稱，英文縮寫為EPMA(ElectronprobeX-raymicroanalyser)，掃描電子顯微境英文縮寫為SEM（ScanningElectronMicroscope）。這兩種儀器是分別發(fā)展起來的，但現(xiàn)在除專門的電子探針外，大部分電子探針譜儀都是作為附件安裝在掃描電鏡或透射電鏡上，與電鏡組成一個多功能儀器以滿足微區(qū)形貌、晶體結構及化學組成的同位同時分析的需要。

由于EPMA與SEM設計的初衷不同，所以二者還有一定差別，例如SEM以觀察樣品形貌特征為主，電子光學系統(tǒng)的設計注重圖像質量，圖像的分辨率高、景深大?，F(xiàn)在鎢燈絲SEM的二次電子像分辨率可達3nm，場發(fā)射SEM二次電子像分辨率可達1nm。由于SEM一般不安裝WDS，所以真空腔體小，腔體可以保持較高真空度；另外，圖像觀察所使用的電子束電流小，電子光路及光闌等不易污染，使圖像質量較長時間保持良好的狀態(tài)。

背景第4頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六

EPMA一般以成分分析為主，必須有WDS進行元素成分分析，真空腔體大，成分分析時電子束電流大，所以電子光路、光闌等易污染，圖像質量下降速度快，需經常清洗光路和光闌，通常EPMA二次電子像分辨率為6nm。EPMA附有光學顯微鏡，用于直接觀察和尋找樣品分析點，使樣品分析點處于聚焦園（羅蘭園）上，以保證成分定量分析的準確度。EPMA和SEM都是用聚焦得很細的電子束照射被檢測的樣品表面，用X射線能譜儀或波譜儀，測量電子與樣品相互作用所產生的特征X射線的波長與強度，從而對微小區(qū)域所含元素進行定性或定量分析，并可以用二次電子或背散射電子等進行形貌觀察。它們是現(xiàn)代固體材料顯微分析(微區(qū)成份、形貌和結構分析)的最有用儀器之一，應用十分廣泛。電子探針和掃描電鏡都是用計算機控制分析過程和進行數(shù)據(jù)處理，并可進行彩色圖像處理和圖像分析工作，所以是一種現(xiàn)代化的大型綜合分析儀?，F(xiàn)國內各種型號的電子探針和掃描電鏡有近千臺，分布在各個領域。背景第5頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六2、（1）掃描電鏡的工作原理

SEM是介于透射電鏡和光學顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，掃描電子顯微鏡是由電子光學系統(tǒng)，信號收集處理、圖象顯示和記錄系統(tǒng)，真空系統(tǒng)三個基本部分組成優(yōu)點：①有較高的放大倍數(shù)，20-30萬倍之間連續(xù)可調；②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；③試樣制備簡單。第6頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六2、（2）電子探針的工作原理電子探針可對試樣進行微小區(qū)域成分分析。除H、He、Li、

Be等幾個較輕元素外，都可進行定性和定量分析。電子探針的大批量是利用經過加速和聚焦的極窄的電子束為探針，激發(fā)試樣中某一微小區(qū)域，使其發(fā)出特征X射線，測定該X射線的波長和強度，即可對該微區(qū)的元素作定性或定量分析。將掃描電子顯微鏡和電子探針結合，在顯微鏡下把觀察到的顯微組織和元素成分聯(lián)系起來，解決材料顯微不均勻性的問題，成為研究亞微觀結構的有力工具。電子探針有三種基本工作方式：一、點分析用于選定點的全譜定性分析或定量分析，以及對其中所含元素進行定量分析；二、線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化；三、面分析用于觀察元素在選定微區(qū)內濃度分布。第7頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六3、（1）電子探針的應用電子探針不僅用于基礎研究的分析，亦可廣泛用于生產在線的檢驗，品質管理的分析，以及能源、環(huán)境等檢測。特別是應用于金屬固熔體相、相變、晶界、偏析物、夾雜物等;地質的礦物、巖石、礦石和隕石等;陶瓷、水泥、玻璃;化學催化劑和石油化工，高分子材料，涂料等;生物的牙齒、骨骼組織;半導體材料、集成電路、電器產品等領域的非破壞性的元素分析和觀察。斷口分析、鍍層分析、微區(qū)成分分析及顯微組織形貌和催化劑機理與失效研究第8頁，共10頁，2023年，2月2