第三章-扫描电子显微镜讲义.ppt

第 1 篇 组织形貌分析 第三章 扫描电子显微镜（SEM） 第三章 扫描电子显微镜（SEM） 1. 扫描电镜的优点 2. 电子束与固体样品作用时产生的信号(重点) 3. 扫描电镜的工作原理 (重点) 4. 扫描电镜的构造 5. 扫描电镜衬度像(重点) 8. 应用举例 6. 扫描电镜的主要性能 9. SEM重点内容回顾 7. 样品制备 10. SEM演示录像 1. 扫描电镜的优点 分辨率高：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨率的极限。场发射电子枪的应用可得到精确聚焦的电子束，现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1 nm左右。 放大倍数高：20-20万倍之间连续可调。 景深大：视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构。比光学显微镜大几百倍。 试样制备简单。 配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析。 2. 电子束与固体样品作用时产生的信号（重点） 2.1 弹性散射和非弹性散射 2.2 SEM中的三种主要信号 二次电子：被入射电子轰击出来的样品中原子的核外电子（内层电子或价电子）。反映样品表面的形貌特征，分辨率高。 背散射电子：被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。形貌特征及定性成分分析。 特征X射线：入射电子激发原子内层电子后，外层电子跃迁至内层时发出的光子。定量成分分析。 其他信号 俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后，外层电子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介绍见本书第三篇第十三章俄歇电子能谱部分。 透射电子 :电子穿透样品的部分。用于透射电镜的明场像和透射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的形貌及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍射和显微技术部分。 2.3 各种信号的深度和区域大小 3.1 扫描电镜的工作原理（重点） 4. 扫描电子显微镜的构造 电子光学系统 信号收集及显示系统 真空系统和电源系统 4.1 电子光学系统 由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。 用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径 —— 主要由电子枪决定。 电子枪发展三个阶段 4.2 信号收集及显示系统 检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，经视频放大作为显像系统的调制信号。二次电子、背散射电子通常采用闪烁计数器，由法拉第网杯、闪烁体、光导管和光电倍增器组成。 4.3 真空系统和电源系统 真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持 10-4-10-5 Torr（ 10-2-10-3 Pa）的真空度。 电源系统由稳压，稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。 5. 扫描电镜衬度像（重点） 扫描电镜衬度的形成：主要是利用样品表面微区特征（如形貌、原子序数或化学成分、晶体结构或位向等）的差异。 二次电子像：分辨率高，立体感强 背散射电子像：粗略反映轻重不同元素的分布 5.2 背散射电子像 形貌衬度 样品表面形貌影响背散射电子的产率，但其分辨率远比二次电子低。背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射电子能量较高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背散射电子，而掩盖了许多有用的细节。 成分衬度 ——反映样品微区的原子序数或化学成分的差异。 背散射电子大部分是受原子核反射回来的入射电子。发射系数(?)随原子序数(Z)的增大而增加。 样品中重元素区域在图像上较亮，而轻元素在图像上较暗。 背散射电子像与二次电子像的比较 5.3 背散射电子像的获得 6. 扫描电子显微镜的主要性能 分辨率 放大倍数 景深 6.1 分辨率 扫描电镜分辨率的极限：入射电子束束斑直径； 入射电子束在样品中的扩展效应：提高电子束能量在一定条件下对提高分辨率不利； 成像方式及所用的调制信号：二次电子像的分辨率约等于束斑直径（几个nm），背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨率远低于二次电子像和背反射电子像。 6.2 放大倍数