第8章 扫描电子显微镜及电子探针.ppt

* * * * 第八章 扫描电子显微镜及电子探针 图8-1 JEOL2100型扫描电镜及其原理框图 扫描电镜的特点： 1）分辨本领强。其分辨率可达1nm以下，介于光学显微镜的极限分辨率（200nm）和透射电镜的分辨率（0.1nm）之间。 2）有效放大倍率高。光学显微镜的最大有效放大倍率为1000倍左右，透射电镜为几百到80万，而扫描电镜可从数十到20万，聚焦后，无需重新聚焦。 3）景深大。其景深比透射电镜高一个量级，可直接观察断口形貌、松散粉体，图像立体感强；改变电子束的入射角度，对同一视野可立体观察和分析。 4）制样简单。对于金属试样，可直接观察，也可抛光、腐蚀后再观察；对陶瓷、高分子等不导电试样，需在真空镀膜机中镀一层金膜后再进行观察。 5）电子损伤小。电子束直径一般为3～几十纳米，强度约为10-9～10-11mA，远小于透射电镜的电子束能量，加速电压可以小到0.5kV，且电子束在试样上是动态扫描，并不固定，因此电子损伤小，污染轻，尤为适合高分子试样。 6）实现综合分析。扫描电镜中可以同时组装其他观察仪器，如波谱仪、能谱仪等，实现对试样的表面形貌、微区成分等方面的同步分析。 8．1扫描电镜的结构 组成：电子光学系统 信号检测处理，图像显示和记录系统 真空系统 其中电子光学系统是扫描电镜的主要组成部分 8．1．1电子光学系统 组成：电子枪、电磁透镜、光栏、扫描线圈、样品室等。 作用：产生一个细的扫描电子束，照射到样品上产生各种物理信号。 要求：电子束的强度高直径小。 1．电子枪 与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压没有透射电镜的高。透射电镜的加速电压一般在100kV～200kV之间，而扫描电镜的加速电压相对要小，有时根据需要加速电压仅为0.5kV即可，电子枪的作用是产生束流稳定的电子束。也有两种类型：热发射型和场发射型。 2．电磁透镜 作用：均不是成像用的，只是聚焦缩小到数个纳米的细小斑点。 组成：一般有三个，前两个电磁透镜为强透镜，使电子束强烈聚焦缩小，故又称聚光镜。第三个电磁透镜（末级透镜）为弱透镜，除了汇聚电子束外，还能将电子束聚焦于样品表面的作用。 末级透镜的焦距较长，这样可保证样品台与末级透镜间有足够的空间，方便样品以及各种信号探测器的安装。 末级透镜又称为物镜。 要求：电子束斑的直径愈细愈好，其相应的成像分辨率就愈高。 3．光栏 每一级电磁透镜上均装有光栏，第一、第二级磁透镜上的光栏为固定光栏，作用是挡掉大部分的无用电子，使电子光学系统免受污染。 第三透镜（物镜）上的光栏为可动光缆，又称物镜光栏或末级光栏，位于透镜的上下极靴之间，可在水平面内移动以选择不同孔径（100?m、200?m、300?m、400?m）的光栏。 4．扫描线圈 作用：能使电子束发生偏转，并在样品表面有规则的扫描。 扫描方式：有光栅扫描和角光栅扫描两种。 光栅扫描： 电子束进入上偏置线圈时发生偏转，随后经下偏置线圈后再一次偏转，经 过两次偏转的电子束汇聚后通过物镜照射到样品的表面。 在电子束第一次偏转的同时扫描出一个矩形区域，电子束经第二次偏转后 同样在样品表面扫描出相似的矩形区域。样品上矩形区域内各点受到电子束 的轰击，通过信号检测和信号放大等过程，在显示屏上反映出各点的信号强 度，绘制形貌图像－形貌分析 角光栅扫描： 如果电子束经第一次偏转后，未进行第二次偏转，直接通过物镜折射到样 品表面（束斑）。显然，当上偏置线圈偏转的角度愈大，电子束在样品表面 摆动的角度也就愈大。该方式应用很少。 图8-2 电子束的扫描方式 5．样品室 样品室中除了样品台外，还要安置有多种信号检测器和附件。 样品台是一个复杂的组件，不仅能夹持住样品，还能使样品平移、转动、倾 斜、上升或下降等运动。 目前，样品室已成了微型试验室，安装的附件可使样品升温、冷却，进行拉 伸或疲劳等力学性能测试。 8．1．2信号检测处理、图像显示和记录系统 1．信号检测处理系统 SEM上的电子检测器通常采用闪烁式计数器进行检测。 基本原理：是信号电子进入闪烁体后引起电离，当离子和自由电子复合后产生 可见光，可见光通过光导管送入光电倍增器，经放大后又转化成电流信号输 出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。 SEM上的特征X射线的检测一般采用分光晶体或Si(Li)探头进行，通过检测特征 X射线的波长和能量，进行样品微区的成分分析－电子探针。 2．图像显示和记录系统 图像显示：调制信号－荧光屏上的像。 扫描样品的电子束与显像管中的电子束同步，荧光屏上的每一个亮点是由样品 表面激发出来的信号强度来调制的，在荧光屏上显示样品表面的电子显微像。 图像记录：随着计算机技术的发展与运用，已多样化，