中国地质大学《材料研究方法》第11章 电子显微镜的结构与工作原理.pptVIP

扫面电子显微镜（JSM-35CF) 日本电子公司 分辨率：6nm 电子探针（JCXA-733) 日本电子公司 * EPMA成分分析 1. 定量分析相对容易。 比如要分析样品中的Zn，则可选用TAP晶体检测Zn的Lα射线，或采用LiF晶体分析Zn的L α 射线。 分析时，只需要把晶体转动到该射线对应的衍射角度，即可方便快速地分析是否含有该元素、含量是多少。 定量分析一种元素，仅需几秒钟。 定量分析采用有标样比对的分析，即有标定量分析，或绝对成分分析。 2. 定性分析相对困难 若样品中所含元素未知，则需选用所有的分光晶体，扫描各自波段的全部特征X射线。一般完成一个这样的完整过程，约需2小时。 3.2.2 TEM TEM:是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。 主要用途：微区结构分析 组成：电子光学系统、电源、控制系统及真空系统。电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心。它分为三部分：照明系统、成像系统和观察记录系统。 （1）照明系统：电子枪和聚光镜 （2）成像系统：物镜、中间镜和投影镜 （3）观察和记录系统：荧光屏和照相机构。 结构 几种显微镜的性能比较 项目 光学显微镜 扫描电子显微镜 透射电子显微镜 分辨率 最高（特殊） 0.1μm（紫外光） 5?（超高真空） 1-2?（特殊试样） 一般产品 熟练操作者可达到 0.2μm 100=60 ? 5-7 ? 容易达到 5μm 1000 ? 50-70? 放大倍数 10-2000 20-200，000 100-800，000 景深 0.1mm（10倍） 1μm（100倍） 10mm（10倍） 1mm（100倍） 0.1mm（1000倍） 10μm（10，000倍） 1μm（100，000倍） 一般小于1000? 试样 薄片或实体 实体等 超薄切片，薄膜等，厚度小于1000? 操作 一般工作条件 高真空条件 高真空条件 * 镜筒 (电子光学系统) 显示和控制系统 机柜(电路板、真空系统） 探测器系统 样品室 §3.1 SEM的结构及工作原理 3.1.1 SEM的结构及工作原理 JSM-35CF SU8010 * 结构组成： 电子光学系统， 信号收集处理系统 图像显示和记录系统 真空系统及电源供给 各部分的功能及工作原理 1、电子光学系统 功能：产生具有一定能量、强度和直径的电子束，并将其照射到样品表面上。 组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈、消像散器、样品室和有关电源组成。 * * (1)电子枪 作用：产生连续不断的稳定的电子流。 类型 参数 热电子发射 场发射 发叉式钨丝 六硼化镧 亮度（A/cm·sr） 105 106 109 光源大小（μm） 20 10 5-10 寿命（h） 40-100 1000 1000 工作温度（K） 2600 1800-1900 加热器温度 真空度（mmHg） 10-5 10-6 10-9－10-10 发射电流（μA） 100 250 5-20 能量范围（eV） 3-4 2-3 0.2 熔点（℃） 3370 2200 3370 仪器分辨率（?） 60 35 10 三种电子枪的性能比较 * 三种电子束的束斑直径与灯丝电流的关系 电流的增加，意味着束斑直径的加大，电子显微镜的分辨率降低。 * 加速电压越大，作用深度、作用范围也加大。横向作用范围的扩大，意味着束斑直径的自然加大、电子显微镜的分辨率降低。 加速电压与束斑直径的关系， （2）电磁透镜 作用:把电子枪的束斑逐渐缩小，使原来直径约为50μm的束斑聚焦成一个只有数nm的细小束斑。 工作原理：电磁聚焦。 三组透镜：前两个为强磁透镜，用来缩小电子束光斑直径。第三个是弱磁透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁场对二次电子轨迹的干扰。 * * 电磁透镜工作原理 样 品 缩小了M1倍 缩小了M2倍 缩小了M3倍 电子枪交叉斑 “物” 第一聚光镜 一次像（交叉斑） 第二聚光镜 二次像（交叉斑） 三次像（束斑） 物镜 （3）消像散器 当电子光学系统的磁场或电场的轴对称性被破坏时，原来应该是圆的交叉点像变为细长的,荧光屏上的图像好像流水一样，向一个方向模糊。 像散使图像模糊或重影，它直接影响仪器的分辨率。 * 像散校正装置工作原理图 N S S N F F F F e * （4）扫描线圈 通过双偏转扫描线圈的作用，使电子束在试样表面和荧光屏上实现同步水平（行扫）和同步垂直（帧扫）二维扫描。 * 扫描系统示意图 偏转线圈 （上层） 偏转线圈 （下层） 偏转中心 像散校正线圈 试样