扫描电镜的基本工作原理及主要图象方式学习教案.pptx

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1、扫描电镜的基本扫描电镜的基本(jbn)工作原理及主要工作原理及主要图象方式图象方式第一页，共85页。引引引引 言言言言 在在在在当当当当代代代代迅迅迅迅速速速速发发发发展展展展的的的的科科科科学学学学技技技技术术术术中中中中，科科科科学学学学家家家家需需需需要要要要观观观观察察察察、分分分分析析析析和和和和正正正正确确确确地地地地解解解解释释释释在在在在一一一一个个个个微微微微米米米米（mmmm）或或或或亚亚亚亚微微微微米米米米范范范范围围围围内内内内所所所所发发发发生生生生的的的的现现现现象象象象，扫扫扫扫描描描描电电电电镜镜镜镜和和和和电电电电子子子子探探探探针针针针是是是是两两两两个个个

2、个强强强强有有有有力力力力的的的的仪仪仪仪器器器器，可可可可用用用用它它它它们们们们观观观观察察察察和和和和检检检检测测测测非非非非均均均均相相相相有有有有机机机机材材材材料料料料、无无无无机机机机材材材材料料料料及及及及在在在在上上上上述述述述微微微微米米米米、亚亚亚亚微微微微米米米米局局局局部部部部范范范范围围围围内内内内的的的的表表表表面面面面特特特特征征征征。在在在在历历历历史史史史上上上上，扫扫扫扫描描描描电电电电子子子子显显显显微微微微镜镜镜镜（SEMSEMSEMSEM）和和和和电电电电子子子子微微微微探探探探针针针针（EPMAEPMAEPMAEPMA）被被被被看看看看作作作作是是

3、是是各各各各自自自自独独独独立立立立(dl)(dl)(dl)(dl)的的的的二二二二种种种种仪仪仪仪器器器器（图图图图1 1 1 1图图图图2 2 2 2）。虽虽虽虽然然然然在在在在外外外外观观观观上上上上这这这这是是是是明明明明显显显显的的的的，然然然然而而而而这这这这两两两两种种种种仪仪仪仪器器器器的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理却却却却是是是是十十十十分分分分相相相相似似似似的的的的。都都都都用用用用一一一一束束束束精精精精细细细细聚聚聚聚焦焦焦焦的的的的电电电电子子子子照照照照射射射射需需需需要要要要检检检检测测测测的的的的区区区区域域域域或或或或是是是是需需需需要要要要分分分

4、分析析析析的的的的微微微微体体体体积积积积，该该该该电电电电子子子子束束束束可可可可以以以以是是是是静静静静止止止止的的的的，或或或或者者者者沿沿沿沿着着着着样样样样品品品品表表表表面面面面以以以以一一一一光光光光栅栅栅栅的的的的方方方方式式式式扫扫扫扫描描描描。其其其其差差差差别别别别仅仅仅仅仅仅仅仅在在在在于它们感兴趣的信号不同。于它们感兴趣的信号不同。于它们感兴趣的信号不同。于它们感兴趣的信号不同。第1页/共85页第二页，共85页。在扫描电镜（在扫描电镜（SEMSEM）中，人们最感兴趣的信号是二次电子和背散射）中，人们最感兴趣的信号是二次电子和背散射电子，因为当电子束在样品表面扫描时，这

5、些信号随表面形貌不同而发电子，因为当电子束在样品表面扫描时，这些信号随表面形貌不同而发生变化。二次电子的发射局限于电子束轰击区附近的体积内，因而可获生变化。二次电子的发射局限于电子束轰击区附近的体积内，因而可获得相当高分辨率的图象。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次得相当高分辨率的图象。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴影起伏效果。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二电子反差的阴影起伏效果。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴影起伏效果。其它的信号在许多情况下也同样有用。在次电子反差的阴影起伏效果。其它的信号在许多情况下也同样有用。在通常称为电子探针的

6、电子探针显微分析仪（通常称为电子探针的电子探针显微分析仪（EPMAEPMA）中，人们最感兴趣的）中，人们最感兴趣的辐射是由于电子轰击而发射的特征辐射是由于电子轰击而发射的特征X X射线，从特征射线，从特征X X射线的分析能够得到射线的分析能够得到样品中直径小到几微米区域内的定性样品中直径小到几微米区域内的定性(dng xng)(dng xng)和定量成分信息。和定量成分信息。第2页/共85页第三页，共85页。图图图图1 JXA-50A1 JXA-50A电子探针电子探针电子探针电子探针第3页/共85页第四页，共85页。图图图图2 JSM-8402 JSM-840扫描电镜扫描电镜扫描电镜扫描电镜第

7、4页/共85页第五页，共85页。一一.仪器发展简史仪器发展简史1.1.扫描电镜的简要历史扫描电镜的简要历史 扫扫描描电电镜镜是是用用于于检检验验和和分分析析固固体体(gt)(gt)微微观观结结构构特特征征的的最最有有用用的的仪仪器器之之一一。它它所所以以如如此此有有用用，其其主主要要理理由由是是：可可以以获获得得高高的的图图象象分分辨辨率率。对对商商品品型型仪仪器器，通通常常的的指指标标优优于于100100，最最先先进进的的仪仪器器目目前前可可达达2525，这这是是采采用用场场发发射射电电子子枪枪获获得得的的重重要要改改进进。场场发发射射电电子子枪枪是是具具有有很很高高的的亮亮度度和和很很小小

8、的的电电子子源源。另另一一个个主主要要特特点点是是扫扫描描电电镜镜的的图图象象反反映映了了样样品品三三维维的的形形貌貌特特征征，这这是是它它具具有有大大的的焦焦深深的的直直接接结结果果。通通过过电电子子和和样样品品的的互互作作用用可可以以研研究究样样品品的的结结晶晶学学，磁学和电学特性。磁学和电学特性。第5页/共85页第六页，共85页。早早在在19381938年年,Von.Ardence,Von.Ardence（冯冯.阿阿尔尔顿顿）将将扫扫描描线线圈圈加加到到透透射射电电子子显显微微镜镜上上（TEMTEM），制制成成了了第第一一台台扫扫描描透透射射电电子子显显微微镜镜（STEMSTEM），该该

9、仪仪器器有有两两个个会会聚聚透透镜镜,扫扫描描线线圈圈就就置置于于两两个个透透镜镜之之间间,放放大大倍倍数数8000X8000X，分分辨辨率率在在5005001000 1000 之之间间。第第一一台台检检验验厚厚样样品品的的用用二二次次电电子子束束成成象象的的SEMSEM是是在在19421942年年由由 Zworykim Zworykim 等等制制成成，当当时时(dngsh)(dngsh)的的分分辨辨率率仅仅达达到到1m 1m。直到直到19521952年，年，C.W.Qatley C.W.Qatley 和和McMullan McMullan 在在剑剑桥桥（Cambridge Cambridge

10、）制制成成了了第第一一台台 现现 代代 的的 SEMSEM，分分 辨辨 率率 达达 到到 500 500。McMullanMcMullan和和 后后 来来 的的SmithSmith（史史密密斯斯）指指出出经经过过信信号号处处理理，可可以以改改善善图图象象。SmithSmith还还第第一一次次引引入入了了对对信信号号的的非非线线性性放放大大（处处理理）。他他又又用用电电磁磁透透镜镜代代替替了了原原来来的的静静电电透透镜镜。并并且且以以双双重重偏偏转转扫扫描描改改进进了了原原来来的的扫扫描描系系统统。他他还还在在SEMSEM中中加加入入了了消消象象散散器器。第第一一台台成成功功的的商商品品型型仪仪

11、器器是是在在19651965年年问问世世的的，由由英英国国剑剑桥桥科科学学仪仪器器公公司司制制成成。19661966年年日日本本电电子子光光学学公公司司也也制制成成了了扫扫描描电电镜镜.在在不不到到十十年年的的时时间间中中，美美国国，英英国国，法法国国，荷荷兰兰，日日本本和和西西德德已经制成了一千多台扫描电镜。已经制成了一千多台扫描电镜。第6页/共85页第七页，共85页。目前目前(mqin),(mqin),扫描电镜的发展方向是两个：大型和超小型扫描电镜的发展方向是两个：大型和超小型大大型型：采采用用场场发发射射电电子子枪枪或或者者LaB6LaB6电电子子枪枪，提提高高分分辨辨率率到到25 25

12、 。与与电电子子探探针针的的功功能能相相结结合合，加加上上波波长长色色散散谱谱仪仪和和能能量量色色散散谱谱仪仪，进进行行元元素素分分析析。并并加加上上电电子子通通道道花花样样（ECP ECP）和和选选区区电电子子通通道道花花样样（SECP SECP）等功能。使其性能向综合的方向发展。等功能。使其性能向综合的方向发展。超超小小型型：由由于于扫扫描描电电镜镜制制样样简简单单，操操作作方方便便，图图象象更更有有立立体体感感，层层次次细细节节更更分分明明和和丰丰富富，清清晰晰度度高高，各各制制造造厂厂家家自自7575年年后后纷纷纷纷制制造造各各种种桌桌上上型型的的扫扫描描电电镜镜（也也称称简简易易型型

13、）。其其特特点点是是体体积积小小,重重量量轻轻。像像日日立立公公司司（HITACHIHITACHI）的的S S310A310A，全全部部重重量量170170公公斤斤，日日本本电电子子的的JSMJSMT20T20也也仅仅180180公公斤斤。这这类类超超小小型型扫扫描描电电镜镜能能以以很很低低的的代代价价（不不超超过过4000040000美美元元 ）就就得得到到高高分分辨辨率率（150 150 ）的的清清晰晰图图象象，所所以以(suy)(suy)获获得了广泛的应用。得了广泛的应用。第7页/共85页第八页，共85页。2.2.电子探针发展简史电子探针发展简史 电电子子探探针针（Eletron Ele

14、tron ProbeProbe）又又名名X X射射线线微微区区分分析析仪仪（X-X-Ray Ray MicgoanalyserMicgoanalyser）。它它的的设设计计思思想想首首先先由由法法国国的的卡卡斯斯坦坦（CastaingCastaing）在在他他的的老老师师格格乌乌尼尼里里（Guiner Guiner）指指导导下下，在在19491949年年于于巴巴黎黎大大学学的的毕毕业业博博士士论论文文中中提提出出来来的的。它它的的基基本本原原理理是是用用一一束束聚聚焦焦的的具具有有一一定定能能量量的的电电子子轰轰击击样样品品,以以激激发发出出样样品品的的X X射射线线，然然后后根根据据这这些些

15、X X射射线线的的波波长长和和强强度度，来来鉴鉴定定样样品品中中包包含含的的元元素素种种类类及及其其含含量量,从从而而为为人人们们提提供供了了关关于于试试样样化化学学组组成成的定性和定量的定性和定量(dngling)(dngling)二种信息。二种信息。第8页/共85页第九页，共85页。卡卡斯斯坦坦的的设设想想一一提提出出来来之之后后，立立即即为为欧欧洲洲和和美美国国的的许许多多科科学学工工作作者者所所采采用用，他他们们最最早早是是把把电电子子显显微微镜镜经经过过适适当当改改装装使使其其成成为为电电子子探探针针，其其分分辨辨率率和和测测量量的的精精度度从从今今天天的的角角度度来来看看，当当然然

16、是是很很低低的的，只只能能作作一一些些定定性性的的工工作作，但但即即使使这这样样，也也使使急急于于想想探探索索11或或几几这这样样微微小小区区域域中中的的化化学学组组成成的的科科学学工工作作者者感感到到极极大大的的兴兴奋奋，使使他他们们更更加加努努力力去去进进一一步步改改进进仪仪器器。第第一一台台商商品品型型电电子子探探针针由由法法国国卡卡梅梅卡卡（CAMECACAMECA）公公司司在在卡卡斯斯坦坦的的直直接接指指导导下下于于19561956年年首首先先制制成成。在在这这同同一一时时期期，苏苏联联的的洛洛夫夫斯斯基基（Lopofckuji Lopofckuji）也也独独立立的的发发展展了了电电

17、子子探探针针的的概概念念。并并装装置置了了一一台台结结构构大大体体类类似似的的仪仪器器。卡卡斯斯坦坦的的第第一一台台探探 针针 并并 不不 具具 有有 电电 子子 束束 扫扫 描描 的的 功功 能能，其其 后后 19591959年年 英英 国国 的的 卡卡 斯斯 列列 特特（CosslettCosslett）和和邓邓克克姆姆布布（Duncumt Duncumt）又又将将其其进进一一步步改改进进，使使其其具具有有在在试试样表面的一定面积上扫描的功能。样表面的一定面积上扫描的功能。电电子子探探针针的的问问世世不不是是偶偶然然的的，它它是是由由于于人人类类生生产产水水平平的的不不断断提提高高，对对科

18、科学学技技术术提提出出了了更更高高的的要要求求，人人们们已已经经不不能能满满足足于于对对大大块块试试样样平平均均成成分分(chng(chng fn)fn)的的了了解解，而而是是努努力力探探索索许许多多物物理理、化化学学的的宏宏观观现现象象与与试试样样在在微微米米级级这这样样的的亚亚微微观观区区域域中中成成分分(chng(chng fn)fn)的的不不均均匀匀性性之之间间的的内内在在联联系系。而而电电子子探探针针的的出出现现正正是是为为解解决决这这样样的的课课题题提提供供了了强强有有力力工工具具。我我国国从从6262年年开开始引进。始引进。第9页/共85页第十页，共85页。二二二二.扫描电子显微

19、镜成象原理扫描电子显微镜成象原理扫描电子显微镜成象原理扫描电子显微镜成象原理 扫扫扫扫描描描描电电电电子子子子显显显显微微微微镜镜镜镜是是是是以以以以能能能能量量量量为为为为1-30KV1-30KV1-30KV1-30KV间间间间的的的的电电电电子子子子束束束束，以以以以光光光光栅栅栅栅状状状状扫扫扫扫描描描描方方方方式式式式照照照照射射射射到到到到被被被被分分分分析析析析试试试试样样样样(sh(sh(sh(sh yn)yn)yn)yn)的的的的表表表表面面面面上上上上，利利利利用用用用入入入入射射射射电电电电子子子子和和和和试试试试样样样样(sh(sh(sh(sh yn)yn)yn)yn)表

20、表表表面面面面物物物物质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用所所所所产产产产生生生生的的的的二二二二次次次次电电电电子子子子和和和和背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子成成成成象象象象，获获获获得得得得试试试试样样样样(sh(sh(sh(sh yn)yn)yn)yn)表表表表面面面面微微微微观观观观组组组组织织织织结结结结构构构构和和和和形形形形貌貌貌貌信信信信息息息息。配配配配置置置置波波波波谱谱谱谱仪仪仪仪和和和和能能能能谱谱谱谱仪仪仪仪，利利利利用用用用所所所所产产产产生生生生的的的的X X X X射射射射线线线线对对对对试试试试样样样样(sh(sh(sh(sh yn)yn)yn)

21、yn)进进进进行行行行定定定定性性性性和和和和定定定定量量量量化学成分分析。化学成分分析。化学成分分析。化学成分分析。第10页/共85页第十一页，共85页。1.1.1.1.会聚电子束的形成会聚电子束的形成会聚电子束的形成会聚电子束的形成 电电电电子子子子光光光光学学学学系系系系统统统统是是是是扫扫扫扫描描描描电电电电子子子子显显显显微微微微镜镜镜镜的的的的核核核核心心心心，可可可可分分分分为为为为两两两两部部部部分分分分：电电电电子子子子枪枪枪枪和和和和透透透透镜镜镜镜系系系系统统统统。电电电电子子子子枪枪枪枪能能能能提提提提供供供供一一一一定定定定强强强强度度度度的的的的电电电电子子子子束束

22、束束。来来来来自自自自热热热热阴阴阴阴极极极极（钨钨钨钨或或或或六六六六硼硼硼硼化化化化镧镧镧镧）或或或或场场场场发发发发射射射射阴阴阴阴极极极极的的的的电电电电子子子子被被被被1-30KV1-30KV1-30KV1-30KV的的的的电电电电压压压压加加加加速速速速，由由由由阳阳阳阳极极极极孔孔孔孔射射射射出出出出，形形形形成成成成一一一一交交交交叉叉叉叉电电电电子子子子束束束束。其其其其交交交交叉叉叉叉斑斑斑斑对对对对于于于于热热热热阴阴阴阴极极极极为为为为10-50m10-50m10-50m10-50m，对对对对于于于于场场场场发发发发射射射射阴阴阴阴极极极极为为为为10-100nm10-

23、100nm10-100nm10-100nm。透透透透镜镜镜镜系系系系统统统统由由由由两两两两个个个个或或或或三三三三个个个个电电电电磁磁磁磁透透透透镜镜镜镜组组组组成成成成，改改改改变变变变透透透透镜镜镜镜的的的的励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流可可可可连连连连续续续续调调调调节节节节透透透透镜镜镜镜的的的的焦焦焦焦距距距距。靠靠靠靠近近近近样样样样品品品品的的的的称称称称为为为为物物物物镜镜镜镜，其其其其余余余余的的的的透透透透镜镜镜镜称称称称为为为为会会会会聚聚聚聚镜镜镜镜。在在在在透透透透镜镜镜镜系系系系统统统统的的的的作作作作用用用用下下下下，能能能能将将将将电电电电子子子子枪枪枪枪形

24、形形形成成成成的的的的电电电电子子子子束束束束交交交交叉叉叉叉斑斑斑斑缩缩缩缩小小小小，在在在在样样样样品品品品的的的的表表表表面面面面形形形形成成成成最最最最小小小小直直直直径径径径为为为为3-10nm3-10nm3-10nm3-10nm的的的的电电电电子子子子束束束束照照照照射射射射斑斑斑斑。这这这这时时时时的的的的电电电电子子子子束束束束流流流流为为为为10-10-10-12A10-10-10-12A10-10-10-12A10-10-10-12A，适适适适合合合合(shh)(shh)(shh)(shh)于于于于观观观观察察察察二二二二次次次次电电电电子子子子图图图图象象象象。有有有有时

25、时时时需需需需要要要要更更更更大大大大的的的的电电电电子子子子束束束束电电电电流流流流，例例例例如如如如，背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子图图图图象象象象的的的的观观观观察察察察需需需需要要要要10-10-10-10-7-10-9A7-10-9A7-10-9A7-10-9A，这时照射斑点将增大到，这时照射斑点将增大到，这时照射斑点将增大到，这时照射斑点将增大到0.1-1m0.1-1m0.1-1m0.1-1m。第11页/共85页第十二页，共85页。图图图图3 3 扫描扫描扫描扫描(somio)(somio)电子显微镜结构原理图电子显微镜结构原理图电子显微镜结构原理图电子显微镜结构原理图第

26、12页/共85页第十三页，共85页。2.2.2.2.电子束与样品的相互作用电子束与样品的相互作用电子束与样品的相互作用电子束与样品的相互作用 当当当当电电电电子子子子束束束束轰轰轰轰击击击击样样样样品品品品表表表表面面面面时时时时，一一一一部部部部分分分分的的的的能能能能量量量量转转转转变变变变成成成成热热热热能能能能，这这这这可可可可能能能能造造造造成成成成样样样样品品品品的的的的辐辐辐辐照照照照损损损损伤伤伤伤。还还还还有有有有部部部部分分分分的的的的能能能能量量量量由由由由于于于于电电电电子子子子与与与与样样样样品品品品原原原原子子子子的的的的相互作用而发射相互作用而发射相互作用而发射相

27、互作用而发射(fsh)(fsh)(fsh)(fsh)出各种有用的信息。主要有：出各种有用的信息。主要有：出各种有用的信息。主要有：出各种有用的信息。主要有：（1 1 1 1）二二二二次次次次电电电电子子子子：入入入入射射射射电电电电子子子子使使使使样样样样品品品品原原原原子子子子激激激激发发发发所所所所产产产产生生生生的的的的电电电电子子子子，它它它它们们们们的的的的能能能能量量量量很很很很低低低低，一一一一般般般般小小小小于于于于50eV50eV50eV50eV。只只只只有有有有10nm10nm10nm10nm左左左左右右右右的的的的深深深深度度度度范范范范围围围围的的的的二二二二次次次次电

28、电电电子才能逸出样品表面而被检测。子才能逸出样品表面而被检测。子才能逸出样品表面而被检测。子才能逸出样品表面而被检测。（2 2 2 2）背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子：一一一一部部部部分分分分入入入入射射射射电电电电子子子子因因因因与与与与样样样样品品品品原原原原子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞而而而而改改改改变变变变运运运运动动动动方方方方向向向向，经经经经多多多多次次次次碰碰碰碰撞撞撞撞又又又又由由由由样样样样品品品品表表表表面面面面散散散散射射射射出出出出来来来来，称称称称之之之之为为为为背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子，其能量接近入射电子的能量。其能量接近入射电子的能量。其能

29、量接近入射电子的能量。其能量接近入射电子的能量。（3 3 3 3）特征）特征）特征）特征X X X X射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的X X X X射线。射线。射线。射线。（4 4 4 4）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。（5 5 5 5）吸吸吸吸收收收收电电电电子子子子：一一一一部部部部分分分分

30、入入入入射射射射电电电电子子子子在在在在与与与与样样样样品品品品原原原原子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞过过过过程程程程中中中中将将将将能能能能量量量量全全全全部部部部释释释释 放放放放给给给给样样样样品品品品，而而而而成成成成为为为为样样样样品品品品中中中中的的的的自自自自由由由由电电电电子子子子，称称称称之之之之为为为为吸吸吸吸收收收收电子。电子。电子。电子。（6 6 6 6）荧荧荧荧光光光光：样样样样品品品品原原原原子子子子的的的的外外外外层层层层电电电电子子子子被被被被激激激激发发发发后后后后所所所所产产产产生生生生的的的的可可可可见见见见光光光光或或或或红红红红外光。外光。外光。外光。（7

31、7 7 7）感感感感生生生生电电电电动动动动势势势势：入入入入射射射射电电电电子子子子照照照照射射射射样样样样品品品品的的的的pnpnpnpn结结结结时时时时产产产产生生生生的的的的电电电电动动动动势势势势（或电流）。（或电流）。（或电流）。（或电流）。第13页/共85页第十四页，共85页。图图图图4 4 电子电子电子电子(dinz)(dinz)与物质的相互作用与物质的相互作用与物质的相互作用与物质的相互作用第14页/共85页第十五页，共85页。3.3.3.3.成象原理成象原理成象原理成象原理 扫扫扫扫描描描描电电电电镜镜镜镜的的的的成成成成象象象象过过过过程程程程与与与与电电电电视视视视的的

32、的的摄摄摄摄象象象象显显显显象象象象过过过过程程程程很很很很相相相相似似似似。来来来来自自自自扫扫扫扫描描描描发发发发生生生生器器器器的的的的扫扫扫扫描描描描信信信信号号号号分分分分别别别别送送送送给给给给电电电电子子子子光光光光学学学学系系系系统统统统的的的的扫扫扫扫描描描描线线线线圈圈圈圈和和和和显显显显象象象象管管管管的的的的扫扫扫扫描描描描线线线线圈圈圈圈，让让让让电电电电子子子子束束束束与与与与显显显显象象象象管管管管的的的的阴阴阴阴极极极极射射射射束束束束（实实实实际际际际上上上上也也也也是是是是电电电电子子子子束束束束）做做做做同同同同步步步步扫扫扫扫描描描描，使使使使阴阴阴阴极

33、极极极射射射射束束束束在在在在荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上的的的的照照照照射射射射点点点点（称称称称为为为为象象象象点点点点）与与与与电电电电子子子子束束束束在在在在样样样样品品品品上上上上的的的的照照照照射射射射点点点点（称称称称为为为为物物物物点点点点）按按按按时时时时间间间间顺顺顺顺序序序序一一一一一一一一对对对对应应应应，样样样样品品品品上上上上的的的的物物物物点点点点在在在在电电电电子子子子束束束束作作作作用用用用下下下下所所所所产产产产生生生生的的的的信信信信号号号号被被被被检检检检测测测测器器器器随随随随时时时时检检检检出出出出，经经经经视视视视频频频频放放放放大大大大器器器

34、器放放放放大大大大后后后后控控控控制制制制显显显显象象象象管管管管阴阴阴阴极极极极射射射射束束束束的的的的强强强强度度度度使使使使荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上象象象象点点点点的的的的亮亮亮亮度度度度受受受受试试试试样样样样上上上上物物物物点点点点所所所所产产产产生生生生的的的的信信信信号号号号的的的的大大大大小小小小的的的的调调调调制制制制，从从从从而而而而得得得得到到到到与与与与样样样样品品品品性性性性质质质质有有有有关关关关的的的的图图图图象象象象。这这这这是是是是一一一一种种种种按按按按时时时时间间间间顺顺顺顺序序序序逐逐逐逐点点点点成成成成象象象象的的的的方方方方式式式式(fngs

35、h)(fngsh)(fngsh)(fngsh)。前前前前面面面面提提提提到到到到的的的的电电电电子子子子束束束束与与与与样样样样品品品品相相相相互互互互作作作作用用用用所所所所产产产产生生生生的的的的各各各各种种种种信信信信息息息息都都都都可可可可以以以以作为调制图象的信号。作为调制图象的信号。作为调制图象的信号。作为调制图象的信号。第15页/共85页第十六页，共85页。4.4.4.4.分辨分辨分辨分辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)本领本领本领本领 分分分分辨辨辨辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)本本本本领领领领在在在在扫扫扫扫描描描描电电电电

36、子子子子显显显显微微微微镜镜镜镜中中中中定定定定义义义义为为为为：清清清清楚楚楚楚地地地地分分分分辨辨辨辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)样样样样品品品品上上上上两两两两个个个个点点点点或或或或两两两两个个个个细细细细节节节节之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离的的的的能能能能力力力力。实实实实际际际际上上上上，分分分分辨辨辨辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)本本本本领领领领主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于电电电电子子子子束束束束照照照照射射射射在在在在样样样样品品品品上上上上的的的的束束束束斑斑斑斑大大大大小小小小。普普普普通通通通

37、钨钨钨钨丝丝丝丝电电电电子子子子枪枪枪枪的的的的分分分分辨辨辨辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)本本本本领领领领在在在在6.0-3.5nm6.0-3.5nm6.0-3.5nm6.0-3.5nm之之之之间间间间，而而而而 场场场场 发发发发 射射射射 电电电电 子子子子 枪枪枪枪 可可可可 达达达达 到到到到 1.0nm1.0nm1.0nm1.0nm。应应应应 该该该该 指指指指 出出出出：仪仪仪仪 器器器器 的的的的 分分分分 辨辨辨辨(fnbin)(fnbin)(fnbin)(fnbin)本本本本领领领领与与与与仪仪仪仪器器器器状状状状态态态态和和和和操操操操作作作作

38、技技技技术术术术有有有有很很很很大大大大关关关关系系系系。上上上上述述述述数数数数值值值值是是是是在在在在最最最最佳佳佳佳状状状状态态态态下下下下，观观观观察察察察特特特特殊殊殊殊样样样样品品品品的的的的二二二二次次次次电电电电子子子子图图图图象象象象时时时时得得得得到到到到的的的的，是是是是仪仪仪仪器的极限。通常使用时都是低于这个值。器的极限。通常使用时都是低于这个值。器的极限。通常使用时都是低于这个值。器的极限。通常使用时都是低于这个值。第16页/共85页第十七页，共85页。三、扫描电镜的几种主要图象方式三、扫描电镜的几种主要图象方式三、扫描电镜的几种主要图象方式三、扫描电镜的几种主要图象

39、方式 在在在在固固固固体体体体研研研研究究究究中中中中，扫扫扫扫描描描描电电电电镜镜镜镜的的的的多多多多种种种种用用用用途途途途在在在在很很很很大大大大程程程程度度度度上上上上是是是是基基基基于于于于电电电电子子子子束束束束在在在在样样样样品品品品中中中中经经经经受受受受的的的的各各各各种种种种相相相相互互互互作作作作用用用用，这这这这些些些些相相相相互互互互作作作作用用用用一一一一般般般般可可可可分分分分为为为为两两两两类类类类：（1 1 1 1）弹弹弹弹性性性性作作作作用用用用，这这这这种种种种作作作作用用用用可可可可以以以以改改改改变变变变电电电电子子子子束束束束在在在在样样样样品品品品

40、中中中中的的的的路路路路径径径径，但但但但没没没没有有有有引引引引起起起起明明明明显显显显(mngxin)(mngxin)(mngxin)(mngxin)的的的的能能能能量量量量变变变变化化化化；（2 2 2 2）非非非非弹弹弹弹性性性性作作作作用用用用，可可可可使使使使能能能能量量量量转转转转移移移移到到到到固固固固体体体体。在在在在这这这这相相相相互互互互作作作作用用用用的的的的过过过过程程程程中中中中，伴伴伴伴随随随随着着着着能能能能量量量量的的的的传传传传递递递递和和和和转转转转换换换换，就就就就产产产产生生生生了了了了各各各各种种种种各各各各样样样样的的的的信信信信号号号号，其其其其

41、中中中中最最最最主主主主要要要要的的的的有有有有：背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子、二二二二次次次次电电电电子子子子、特特特特征征征征和和和和连连连连续续续续X X X X射射射射线线线线、俄俄俄俄歇歇歇歇电电电电子子子子和和和和各各各各种种种种能能能能量量量量的的的的光光光光子子子子。原原原原则则则则上上上上说说说说，从从从从所所所所有有有有这这这这些些些些相相相相互互互互作作作作用用用用都都都都能能能能获获获获得得得得有有有有关关关关样样样样品品品品性性性性质质质质的的的的信信信信息息息息形形形形状状状状、组组组组成成成成、晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构、电电电电子子子子结结结结

42、构构构构和和和和内内内内部部部部电电电电场场场场或或或或磁磁磁磁场场场场等等等等等等等等。为为为为了了了了从从从从测测测测量量量量的的的的信信信信号号号号中中中中和和和和扫扫扫扫描描描描电电电电镜镜镜镜记记记记录录录录的的的的图图图图象象象象上上上上获获获获得得得得这这这这些些些些信信信信息息息息，电电电电镜镜镜镜工工工工作作作作者者者者需需需需要要要要具具具具备备备备电电电电子子子子与与与与样样样样品品品品相相相相互互互互作作作作用用用用和和和和广广广广泛泛泛泛的的的的定定定定性性性性分分分分析析析析知知知知识识识识，如果可能，对定量分析的知识也应有所了解。如果可能，对定量分析的知识也应有所

43、了解。如果可能，对定量分析的知识也应有所了解。如果可能，对定量分析的知识也应有所了解。第17页/共85页第十八页，共85页。(一一一一)二次电子图象二次电子图象二次电子图象二次电子图象 1.1.1.1.二次电子（二次电子（二次电子（二次电子（Secondary ElectronSecondary ElectronSecondary ElectronSecondary Electron）它它它它是是是是由由由由入入入入射射射射电电电电子子子子与与与与核核核核外外外外松松松松散散散散的的的的被被被被束束束束缚缚缚缚的的的的外外外外层层层层(wi(wi(wi(wi cn)cn)cn)cn)电电电电子

44、子子子之之之之间间间间发发发发生生生生非非非非弹弹弹弹性性性性散散散散射射射射的的的的结结结结果果果果。所所所所谓谓谓谓非非非非弹弹弹弹性性性性散散散散射射射射，就就就就是是是是在在在在散散散散射射射射过过过过程程程程中中中中有有有有能能能能量量量量的的的的转转转转移移移移和和和和损损损损失失失失。入入入入射射射射电电电电子子子子在在在在这这这这过过过过程程程程中中中中损损损损失失失失其其其其原原原原有有有有能能能能量量量量。而而而而使使使使松松松松散散散散的的的的外外外外层层层层(wi(wi(wi(wi cn)cn)cn)cn)电电电电子子子子获获获获得得得得一一一一定定定定能能能能量量量量

45、而而而而脱脱脱脱离离离离原原原原有有有有的的的的轨轨轨轨道道道道。假假假假如如如如这这这这些些些些二二二二次次次次电电电电子子子子是是是是在在在在紧紧紧紧靠靠靠靠表表表表面面面面的的的的地地地地方方方方产产产产生生生生，并并并并且且且且其其其其能能能能量量量量比比比比表表表表面面面面势势势势能能能能（2 2 2 26eV6eV6eV6eV）要要要要大大大大的的的的话话话话，则则则则二二二二次次次次电电电电子子子子有有有有很很很很大大大大的的的的可可可可能能能能性性性性从从从从表表表表面面面面逃逃逃逃逸逸逸逸出出出出来来来来，而而而而为为为为人人人人们们们们所所所所探探探探测测测测到到到到。但但

46、但但如如如如果果果果它它它它们们们们产产产产生生生生在在在在样样样样品品品品表表表表面面面面以以以以下下下下100100100100的的的的地地地地方方方方，则则则则这这这这些些些些二二二二次次次次电电电电子子子子仍仍仍仍被被被被样样样样品品品品强强强强烈烈烈烈吸吸吸吸收收收收，其其其其逃逃逃逃逸逸逸逸出出出出来来来来的的的的可可可可能能能能性性性性极极极极小小小小。所所所所以以以以二二二二次次次次电电电电子子子子所所所所能能能能提提提提供供供供的的的的信信信信号号号号，只只只只能能能能是是是是反反反反映映映映样样样样品品品品表表表表面面面面以以以以下下下下100100100100这这这这么么

47、么么一一一一个个个个薄薄薄薄区区区区域域域域的的的的情情情情况况况况。这这这这种种种种二二二二次次次次电电电电子子子子信信信信号号号号被用来作为扫描电子显微镜主要观察分析对象。被用来作为扫描电子显微镜主要观察分析对象。被用来作为扫描电子显微镜主要观察分析对象。被用来作为扫描电子显微镜主要观察分析对象。第18页/共85页第十九页，共85页。2.2.2.2.二次电子的收集二次电子的收集二次电子的收集二次电子的收集 二二二二次次次次电电电电子子子子常常常常用用用用装装装装在在在在样样样样品品品品室室室室侧侧侧侧面面面面的的的的闪闪闪闪烁烁烁烁体体体体光光光光电电电电倍倍倍倍增增增增管管管管检检检检测

48、测测测器器器器检检检检测测测测。入入入入射射射射电电电电子子子子产产产产生生生生的的的的二二二二次次次次电电电电子子子子被被被被加加加加有有有有+100V+100V+100V+100V至至至至+200V+200V+200V+200V偏偏偏偏压压压压的的的的栅栅栅栅网网网网收收收收集集集集。闪闪闪闪烁烁烁烁体体体体表表表表面面面面有有有有几几几几十十十十个个个个纳纳纳纳米米米米厚厚厚厚的的的的导导导导电电电电铝铝铝铝膜膜膜膜，在在在在其其其其加加加加上上上上+10KV+10KV+10KV+10KV偏偏偏偏压压压压。穿穿穿穿过过过过收收收收集集集集栅栅栅栅网网网网的的的的二二二二次次次次电电电电子

49、子子子被被被被加加加加速速速速到到到到闪闪闪闪烁烁烁烁体体体体。具具具具有有有有加加加加速速速速电电电电子子子子的的的的能能能能量量量量，足足足足以以以以使使使使闪闪闪闪烁烁烁烁体体体体发发发发光光光光，光光光光强强强强度度度度与与与与二二二二次次次次电电电电子子子子数数数数量量量量(shling)(shling)(shling)(shling)成成成成正正正正比比比比。闪闪闪闪烁烁烁烁体体体体发发发发出出出出的的的的光光光光量量量量子子子子通通通通过过过过光光光光导导导导管管管管送送送送到到到到光光光光电电电电倍倍倍倍增管转换成电压信号，用来调制阴极束。增管转换成电压信号，用来调制阴极束。增

50、管转换成电压信号，用来调制阴极束。增管转换成电压信号，用来调制阴极束。第19页/共85页第二十页，共85页。图图图图5 5 二次电子探测器结构图二次电子探测器结构图二次电子探测器结构图二次电子探测器结构图第20页/共85页第二十一页，共85页。3.3.3.3.影响图象反差的主要因素影响图象反差的主要因素影响图象反差的主要因素影响图象反差的主要因素 图象反差是由于不同物点之间二次电子产额及收集效率的差别造成的。图象反差是由于不同物点之间二次电子产额及收集效率的差别造成的。图象反差是由于不同物点之间二次电子产额及收集效率的差别造成的。图象反差是由于不同物点之间二次电子产额及收集效率的差别造成的。(