第十四章 扫描电子显微镜1.pptVIP

第五章 扫描电子显微 概述 电子束与样品作用时产生的信号 扫描电子显微镜的构造和工作原理 扫描电子显微镜的主要性能 表面形貌衬度及其应用 原子序数衬度原理及其应用 扫描电子显微镜外观图 概述 扫描电子显微镜的成像原理和透射电子显微镜完全不同。它是以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。 扫描电子显微镜的二次电子像的分辨率为3-4nm，放大倍数可从数倍到20万倍左右。 扫描电子显微镜的的景深很大，可以用它进行显微断口分析。 用扫描电子显微镜的观察断口时，样品不必复制，可直接进行观察。 扫描电子显微镜可以和其它分析仪器组合，能在同一台仪器上进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同步分析。 电子束与样品作用时产生的信号 样品在电子束的轰击下会产生各种信号： 背散射电子 二次电子 吸收电子 透射电子 特征X射线 俄歇电子 其它 电子束在试样中散射示意图 背散射电子 是入射电子在试样中受原子核卢瑟福散射而形成的大角度散射电子。能量损失很小，其能量值接近入射电子能量，可达数千到数万电子伏。 背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，由于入射电子进入试样较深，入射电子束已被散射开，因此电子束斑直径比二次电子的束斑直径要大，故背散射电子成像分辨率较低，一般在50-200nm。 背散射电子的强度与试样的原子序数由密切关系。背散射电子的产额随原子序数的增加而增加。 背散射电子的成像衬度主要与试样的原子序数有关，与表面形貌也有一定的关系。因此既可用作形貌分析，也可用来显示原子序数衬度，定性地用作成分分析。 二次电子 是从表面5-10 nm层内发射出来的，能量0-50电子伏。 二次电子对试样表面状态非常敏感，能非常有效地显示试样表面的微观形貌。 二次电子的空间分辨率较高， 一般可达5-10 nm。 二次电子的产额随原子序数 的变化不如背散射电子那么 明显。如图示。 吸收电子 入射电子中一部分与试样作用后能量损失殆尽，不能再逸出表面，这部分就是吸收电子。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的，它所成的图像就是样品的电流像。 假定入射电子电流强度为i0，背散射电子流强度为ib，二次电子流强度为is，则吸收电子产生的电流强度为ia= i0-（ib+is）。可见，若逸出表面的背散射电子和二次电子数量越少，则吸收电子信号强度越大。其衬度恰好和背散射电子或二次电子信号调制的图像衬度相反。 吸收电子能产生原子序数衬度，可以用来进行定性的微区成分分析。 透射电子 这里所指的透射电子是采用扫描透射操作方式对薄样品成像和微区成分分析时形成的透射电子。这种透射电子是由直径很小（10nm）的高能电子束照射薄样品时产生的，因此，透射电子信号是由微区的厚度、成分和晶体结构决定的。 配合电子能量分析器可进行微区成分分析。 特征X射线 当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。 根据莫塞莱定律，λ=1/（z-σ）2，可进行成分分析。 X射线一般在试样的 500nm-5μm范围内 发出。 俄歇电子 在入射电子激发样品的特征X射线过程中，如果释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去，这个被电离出来的电子称为俄歇电子。 俄歇电子的能量很低，一般为50-1500eV 。 只有在距离表层1nm左右范围内（即几个原子层厚度）逸出的俄歇电子才具备特征能量，因此俄歇电子特别适用做表层成分分析。 其它 此外，样品中还会产生如阴极荧光、电子束感生效应等信号，经过调制也可用于专门的分析。 扫描电子显微镜的构造和工作原理 电子光学系统 信号的收集和 图像显示系统 真空系统 扫描电镜结构原理示意图 电子光学系统 电子光学系统包括： 电子枪 电磁透镜 扫描线圈 样品室 电子枪 扫描电子显微镜中的电子枪与透射电子显微镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电子显微镜低。 电磁透镜 扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是作聚光镜用。它们的功能是把电子枪的束斑（虚光源）逐级聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成一个只有数纳米的细小斑点。 扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜。前两个聚光镜是强磁透镜，用于缩小电子束光斑；第三个聚光镜是弱磁透镜（称为物镜），具有较长的焦距。目的是使样品室和透镜之间留有一定的空间，以便装入各种探测器。 扫描电子显微镜照射到样品上的电子束直径越小，相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。 普通热阴极电子枪的束径可达到6nm左右。 扫描