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1、会计学1扫描式电子显微镜原理扫描式电子显微镜原理(yunl)简介简介第一页，共38页。OM，TEM&SEM的成的成像原理像原理(yunl)第1页/共38页第二页，共38页。OM，TEM&SEM的比的比较较(bjio)表表第2页/共38页第三页，共38页。扫描电镜的优点扫描电镜的优点(yudin)n n高的分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用高的分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及，现代最先进的扫描电镜的分辨率已经达到得到普及，现代最先进的扫描电镜的分辨率已经达到0.80.8纳米左纳米左右，钨灯丝扫描电镜的分辨率一般在右，钨灯丝扫描电镜的分辨率一般在3nm3n
2、m左右。左右。n n有较高的放大倍数，有较高的放大倍数，20-4020-40万倍（钨灯丝万倍（钨灯丝410410万倍）之间连续可万倍）之间连续可调；调；n n有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平样凹凸不平(o t b pn(o t b pn)表面的细微结构表面的细微结构n n试样制备简单。试样制备简单。n n可选配可选配X X射线能谱仪和射线能谱仪和EBSDEBSD系统，这样可以同时进行显微组织系统，这样可以同时进行显微组织性貌的观察、微区成分分析和微区晶体学分析。性貌的观察、微区成分分析和微区晶体学分析。第3页
3、/共38页第四页，共38页。Optical Microscope VS SEM第4页/共38页第五页，共38页。扫描式电镜结构扫描式电镜结构(jigu)原理图原理图电子显微镜分为四部分：电子显微镜分为四部分：1.照明系统照明系统2.成像电磁透镜系统成像电磁透镜系统3.样品样品(yngpn)室、真空及室、真空及电气系统电气系统4.影像侦测记录系统影像侦测记录系统第5页/共38页第六页，共38页。一一.照明照明(zhomng)系统系统n n1.1.电子枪：发射电子束的电子源。电子枪：发射电子束的电子源。电子枪：发射电子束的电子源。电子枪：发射电子束的电子源。n n2.2.聚光镜：其作用主要是把电子
4、枪的束斑逐渐缩聚光镜：其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩聚光镜：其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩聚光镜：其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为小，是原来直径约为小，是原来直径约为小，是原来直径约为50mm50mm的束斑缩小成一个只的束斑缩小成一个只的束斑缩小成一个只的束斑缩小成一个只有数有数有数有数nmnm的细小束斑。扫描电镜一般有三个聚光的细小束斑。扫描电镜一般有三个聚光的细小束斑。扫描电镜一般有三个聚光的细小束斑。扫描电镜一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光镜，前两个透镜是强透镜，用
5、来缩小电子束光斑尺寸斑尺寸斑尺寸斑尺寸(ch(ch cun)cun)。第三个聚光镜是弱透镜，具有。第三个聚光镜是弱透镜，具有。第三个聚光镜是弱透镜，具有。第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁较长的焦距，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。场对二次电子轨迹的干扰。场对二次电子轨迹的干扰。场对二次电子轨迹的干扰。第6页/共38页第七页，共38页。电子枪的结构电子枪的结构(jigu)n n1.1.阴极阴极阴极阴极(ynj):(ynj):钨丝等钨丝等钨丝等钨丝等n n2.2.栅
6、极栅极栅极栅极:威尔罩威尔罩威尔罩威尔罩n n3.3.阳极阳极阳极阳极第7页/共38页第八页，共38页。电子枪的工作电子枪的工作(gngzu)原理原理工作原理工作原理工作原理工作原理:当灯丝中通以加热当灯丝中通以加热当灯丝中通以加热当灯丝中通以加热电流电流电流电流,钨丝阴极呈钨丝阴极呈钨丝阴极呈钨丝阴极呈白热状态时白热状态时白热状态时白热状态时,便发便发便发便发射电子。在阳极加射电子。在阳极加射电子。在阳极加射电子。在阳极加速电压的作用速电压的作用速电压的作用速电压的作用(zuyng)(zuyng)下，电下，电下，电下，电子穿过阳极小孔射子穿过阳极小孔射子穿过阳极小孔射子穿过阳极小孔射向荧光屏
7、出现亮点。向荧光屏出现亮点。向荧光屏出现亮点。向荧光屏出现亮点。栅极加电压用来控栅极加电压用来控栅极加电压用来控栅极加电压用来控制电子束大小，改制电子束大小，改制电子束大小，改制电子束大小，改变荧光屏亮度。调变荧光屏亮度。调变荧光屏亮度。调变荧光屏亮度。调节偏转线圈中电流节偏转线圈中电流节偏转线圈中电流节偏转线圈中电流大小，可改变磁场大小，可改变磁场大小，可改变磁场大小，可改变磁场强弱，使荧光屏得强弱，使荧光屏得强弱，使荧光屏得强弱，使荧光屏得到最小的聚焦电子到最小的聚焦电子到最小的聚焦电子到最小的聚焦电子束斑点。电子束在束斑点。电子束在束斑点。电子束在束斑点。电子束在横向交变电磁场作横向交变
8、电磁场作横向交变电磁场作横向交变电磁场作用用用用(zuyng)(zuyng)下，下，下，下，可在荧光屏上来回可在荧光屏上来回可在荧光屏上来回可在荧光屏上来回扫描。扫描。扫描。扫描。第8页/共38页第九页，共38页。电子枪的分类电子枪的分类(fn li)n n作为阴极的电子源有三类：作为阴极的电子源有三类：作为阴极的电子源有三类：作为阴极的电子源有三类：n n（1 1）钨丝）钨丝）钨丝）钨丝(w s)(w s)n n（2 2）LaB6LaB6丝丝丝丝n n以上两类都是由热游离原理产生电子；以上两类都是由热游离原理产生电子；以上两类都是由热游离原理产生电子；以上两类都是由热游离原理产生电子；n n
9、（3 3）场发射枪，由强电场将电子吸出，即由场发射原理）场发射枪，由强电场将电子吸出，即由场发射原理）场发射枪，由强电场将电子吸出，即由场发射原理）场发射枪，由强电场将电子吸出，即由场发射原理产生电子。产生电子。产生电子。产生电子。第9页/共38页第十页，共38页。钨丝钨丝(w s)电子源电子源n n右图是钨丝电子源，使右图是钨丝电子源，使右图是钨丝电子源，使右图是钨丝电子源，使用钨丝时乃直接加热。用钨丝时乃直接加热。用钨丝时乃直接加热。用钨丝时乃直接加热。钨丝成形，当达到钨丝成形，当达到钨丝成形，当达到钨丝成形，当达到(d(d do)do)足够温度时足够温度时足够温度时足够温度时(一般操一般
10、操一般操一般操作温度为作温度为作温度为作温度为27002700)，发射，发射，发射，发射电子束。其寿命在电子束。其寿命在电子束。其寿命在电子束。其寿命在10-10-6Torr6Torr的真空下平均约的真空下平均约的真空下平均约的真空下平均约40804080小时小时小时小时,TESCAN,TESCAN VEGAVEGA的灯丝寿命约的灯丝寿命约的灯丝寿命约的灯丝寿命约为为为为150200150200小时。小时。小时。小时。第10页/共38页第十一页，共38页。场发射场发射(fsh)枪枪n n右图是场发射枪右图是场发射枪右图是场发射枪右图是场发射枪,它由它由它由它由场发射原理产生电子。场发射原理产生
11、电子。场发射原理产生电子。场发射原理产生电子。场发射枪加负电压于场发射枪加负电压于场发射枪加负电压于场发射枪加负电压于金属尖端上金属尖端上金属尖端上金属尖端上,所加强电所加强电所加强电所加强电场由此尖端吸出电子场由此尖端吸出电子场由此尖端吸出电子场由此尖端吸出电子而形成发射电流。场而形成发射电流。场而形成发射电流。场而形成发射电流。场发射枪拥有发射枪拥有发射枪拥有发射枪拥有(yngy(yngy u)u)比钨灯丝枪小得多的比钨灯丝枪小得多的比钨灯丝枪小得多的比钨灯丝枪小得多的斑和高得多的亮度。斑和高得多的亮度。斑和高得多的亮度。斑和高得多的亮度。n n场发射枪的灯丝寿命场发射枪的灯丝寿命场发射枪
12、的灯丝寿命场发射枪的灯丝寿命约为约为约为约为800010000800010000小时。小时。小时。小时。第11页/共38页第十二页，共38页。二二.成像电磁透镜系统成像电磁透镜系统(xtng)n n1.1.聚光镜聚光镜聚光镜聚光镜n n分类：单聚光镜式分类：单聚光镜式分类：单聚光镜式分类：单聚光镜式n n 双聚光镜式双聚光镜式双聚光镜式双聚光镜式n n作用作用作用作用:将电子枪发出的电子会聚于样品表面将电子枪发出的电子会聚于样品表面将电子枪发出的电子会聚于样品表面将电子枪发出的电子会聚于样品表面,并调节样品平面处的电子束孔径并调节样品平面处的电子束孔径并调节样品平面处的电子束孔径并调节样品平面
13、处的电子束孔径角、电流密度和照明光斑半径。照明光斑过大时，会使样品受热产生热漂移角、电流密度和照明光斑半径。照明光斑过大时，会使样品受热产生热漂移角、电流密度和照明光斑半径。照明光斑过大时，会使样品受热产生热漂移角、电流密度和照明光斑半径。照明光斑过大时，会使样品受热产生热漂移和污染。为了有效解决这个问题，较新的电镜一般和污染。为了有效解决这个问题，较新的电镜一般和污染。为了有效解决这个问题，较新的电镜一般和污染。为了有效解决这个问题，较新的电镜一般(ybn)(ybn)都采用双聚光镜系都采用双聚光镜系都采用双聚光镜系都采用双聚光镜系统。统。统。统。第12页/共38页第十三页，共38页。扫描式电
14、子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜(tujng)(tujng)系统系统系统系统M1=b1/a1M2=b2/a2M3=b3/a3Cross Over Point(d0)透镜系统中的所用透透镜系统中的所用透镜都是缩小透镜，起镜都是缩小透镜，起缩小光斑的作用。缩缩小光斑的作用。缩小透镜将电子枪发射小透镜将电子枪发射的直径的直径(zhjng)30m电子电子束缩小成几十埃，由束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一个末两个聚光镜和一个末透镜完成，三个透镜透镜完成，三个透镜的总缩小率约为的总缩小率约为20003000倍。倍。第13页/共38页第十四页，共38页。扫描式
15、电子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜扫描式电子显微镜的透镜(tujng)(tujng)系统系统系统系统M1=b1/a1M2=b2/a2M3=b3/a3Cross Over Point(d0)两个聚光镜分别是第一两个聚光镜分别是第一聚光镜和第二聚光镜和第二(d r)聚聚光镜，可将在阳极孔附光镜，可将在阳极孔附近形成的交叉点缩小。近形成的交叉点缩小。物镜有两个极靴，分别物镜有两个极靴，分别为上极靴和下极靴。通为上极靴和下极靴。通常用纯铁或铁钴合金作常用纯铁或铁钴合金作为极靴材料，并要求有为极靴材料，并要求有高饱和磁通密度、磁导高饱和磁通密度、磁导率高、机械加工性能好、率高、
16、机械加工性能好、化学性能稳定等。化学性能稳定等。第14页/共38页第十五页，共38页。三三.样品样品(yngpn)室、真空及电室、真空及电气系统气系统n n1.1.样品室样品室样品室样品室n n 样品室中主要部件是样品台。它不止能进行三维空间的移动，样品室中主要部件是样品台。它不止能进行三维空间的移动，样品室中主要部件是样品台。它不止能进行三维空间的移动，样品室中主要部件是样品台。它不止能进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达4040毫米，倾斜范围至毫米，倾斜范
17、围至毫米，倾斜范围至毫米，倾斜范围至少在少在少在少在5050度左右，转动度左右，转动度左右，转动度左右，转动360360度。度。度。度。样品室中还要安置样品室中还要安置样品室中还要安置样品室中还要安置(nzh)(nzh)各种型号检各种型号检各种型号检各种型号检测器。信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。样测器。信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。样测器。信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。样测器。信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。样品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉品台
18、还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉伸，可进行动态观察。近年来，为适应断口实物等大零件的需要，伸，可进行动态观察。近年来，为适应断口实物等大零件的需要，伸，可进行动态观察。近年来，为适应断口实物等大零件的需要，伸，可进行动态观察。近年来，为适应断口实物等大零件的需要，还开发了可放置尺寸在还开发了可放置尺寸在还开发了可放置尺寸在还开发了可放置尺寸在125mm125mm以上的大样品台。以上的大样品台。以上的大样品台。以上的大样品台。第15页/共38页第十六页，共38页。电子束与样品作用后产生(chnshng)的信号第16页/共
19、38页第十七页，共38页。各种信号的深度各种信号的深度(shnd)和区域和区域大小大小 可以产生信号的区域称为有效作用区，有效作用区的最深处为电子有效作用深度。但在有效作用区内的信号并不一定都能逸出材料表面、成为有效的可供采集(cij)的信号。这是因为各种信号的能量不同，样品对不同信号的吸收和散射也不同。随着信号的有效作用深度增加，作用区的范围增加，信号产生的空间范围也增加，这对于信号的空间分辨率是不利的。第17页/共38页第十八页，共38页。可供可供SEM侦测的信号侦测的信号(xnho):n n1.1.二次电子：二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。二次电子：二次电子是指背入射电子轰击出
20、来的核外电子。二次电子：二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。二次电子：二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程为自由电子。如果这种散
21、射过程为自由电子。如果这种散射过程为自由电子。如果这种散射过程(guchng)(guchng)发生在比较接近样发生在比较接近样发生在比较接近样发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。二次电子来自表面二次电子来自表面二次电子来自表面二次电子来自表面5
22、-10nm5-10nm的区域，能量为的区域，能量为的区域，能量为的区域，能量为50eV50eV。它对试样表。它对试样表。它对试样表。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面
23、积没有多大区别，所以二次电子子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到的分辨率较高，一般可达到的分辨率较高，一般可达到的分辨率较高，一般可达到5-10nm5-10nm。扫描电镜的分辨率一般就。扫描电镜的分辨率一般就。扫描电镜的分辨率一般就。扫描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。是二次电子分辨率。是二次电子分辨率。是二次电子分辨率。二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决与表面形二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决与表面形二次电子产额随原子
24、序数的变化不大，它主要取决与表面形二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决与表面形貌。貌。貌。貌。第18页/共38页第十九页，共38页。二次电子产额与二次电子束与试样表面法向夹角有关，1/cos。因为随着角增大，入射电子束作用体积(tj)更靠近表面层，作用体积(tj)内产生的大量自由电子离开表层的机会增多；其次随角的增加，总轨迹增长，引起价电子电离的机会增多。二次电子像第19页/共38页第二十页，共38页。（a）陶瓷(toc)烧结体的表面图像（b）多孔硅的剖面图二次电子像第20页/共38页第二十一页，共38页。可供可供SEM侦测的信号侦测的信号(xnho):n n2.2.背向散射电子背向散
25、射电子背向散射电子背向散射电子(dinz(dinz)：背射电子：背射电子：背射电子：背射电子(dinz(dinz)是指被固是指被固是指被固是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子体样品原子反射回来的一部分入射电子体样品原子反射回来的一部分入射电子体样品原子反射回来的一部分入射电子(dinz(dinz)，其，其，其，其能量与入射电子能量与入射电子能量与入射电子能量与入射电子(dinz(dinz)相当。其中包括弹性背反射相当。其中包括弹性背反射相当。其中包括弹性背反射相当。其中包括弹性背反射电子电子电子电子(dinz(dinz)和非弹性背反射电子和非弹性背反射电子和非弹性背反射电子和非弹性背反射
26、电子(dinz(dinz)。n n3.X3.X射线：当内层电子射线：当内层电子射线：当内层电子射线：当内层电子(dinz(dinz)被击出后，外层电子被击出后，外层电子被击出后，外层电子被击出后，外层电子(dinz(dinz)掉入内层电子掉入内层电子掉入内层电子掉入内层电子(dinz(dinz)轨道而发出轨道而发出轨道而发出轨道而发出X X射线，由射线，由射线，由射线，由此可分析元素成分。此可分析元素成分。此可分析元素成分。此可分析元素成分。X X射线一般在试样的射线一般在试样的射线一般在试样的射线一般在试样的500nm-5mm500nm-5mm深处发出。深处发出。深处发出。深处发出。n n4
27、.4.俄歇电子俄歇电子俄歇电子俄歇电子(dinz(dinz)：入射电子：入射电子：入射电子：入射电子(dinz(dinz)在样品原子激在样品原子激在样品原子激在样品原子激发内层电子发内层电子发内层电子发内层电子(dinz(dinz)后外层电子后外层电子后外层电子后外层电子(dinz(dinz)跃迁至内层时，跃迁至内层时，跃迁至内层时，跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子多余能量转移给外层电子多余能量转移给外层电子多余能量转移给外层电子(dinz(dinz)，使外层电子，使外层电子，使外层电子，使外层电子(dinz(dinz)挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子挣脱原子核
28、的束缚，成为俄歇电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子(dinz(dinz)。第21页/共38页第二十二页，共38页。背散射电子背散射电子(dinz)像像n n背散射电子既可以用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度。背散射电子既可以用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度。n n1.1.形貌衬度形貌衬度 n n用背反射用背反射(f(f nsh)nsh)信号进行形貌分析时，其分辨率元比二次电子低。信号进行形貌分析时，其分辨率元比二次电子低。n n因为背反射因为背反射(f(f nsh)nsh)电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射(f(f nsh)nsh
29、)电子能量较高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检电子能量较高，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反射测器的样品表面，因检测器无法收集到背反射(f(f nsh)nsh)电子，而掩盖电子，而掩盖了许多有用的细节。了许多有用的细节。n n2.2.成分衬度成分衬度 n n背散射电子发射系数可表示为背散射电子发射系数可表示为n n样品中重元素区域在图像上是亮区，而轻元素在图像上是暗区。利用样品中重元素区域在图像上是亮区，而轻元素在图像上是暗区。利用原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。n n背反射
30、背反射(f(f nsh)nsh)电子信号强度要比二次电子低的多，所以粗糙表面的电子信号强度要比二次电子低的多，所以粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。n n3.3.晶体取向衬度像晶体取向衬度像第22页/共38页第二十三页，共38页。两种图像两种图像(t xin)的对比的对比锡铅镀层(d cn)的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像第23页/共38页第二十四页，共38页。四四.影像侦测记录影像侦测记录(jl)系统系统n n扫描电镜可接收样品发出的多种信号成像，扫描电镜可接收样品发出的多种信号成像，其中二次电子信号图像其中二次电子信号图像(t x
31、in)质量如分质量如分辨率、立体感、景深等方面都较好。辨率、立体感、景深等方面都较好。第24页/共38页第二十五页，共38页。影像影像(yn xin)的产生的产生n n由灯丝释出的电子经过一系列电磁透镜后被聚成一细微的电子束由灯丝释出的电子经过一系列电磁透镜后被聚成一细微的电子束由灯丝释出的电子经过一系列电磁透镜后被聚成一细微的电子束由灯丝释出的电子经过一系列电磁透镜后被聚成一细微的电子束照射在样品表面，并由扫描线圈使电子束在样品表面规则来回扫照射在样品表面，并由扫描线圈使电子束在样品表面规则来回扫照射在样品表面，并由扫描线圈使电子束在样品表面规则来回扫照射在样品表面，并由扫描线圈使电子束在样
32、品表面规则来回扫描。由于镜柱中的扫描状态与描。由于镜柱中的扫描状态与描。由于镜柱中的扫描状态与描。由于镜柱中的扫描状态与TVTV屏幕上的扫描同步，因此在样品屏幕上的扫描同步，因此在样品屏幕上的扫描同步，因此在样品屏幕上的扫描同步，因此在样品表面上的每个扫描点，因电子束的作用所产生表面上的每个扫描点，因电子束的作用所产生表面上的每个扫描点，因电子束的作用所产生表面上的每个扫描点，因电子束的作用所产生(ch(ch nshng)nshng)的二次的二次的二次的二次电子或背向散射电子，只要能进入接收器，便会经过放大后，在电子或背向散射电子，只要能进入接收器，便会经过放大后，在电子或背向散射电子，只要能
33、进入接收器，便会经过放大后，在电子或背向散射电子，只要能进入接收器，便会经过放大后，在TVTV屏幕相对的扫描位置上产生屏幕相对的扫描位置上产生屏幕相对的扫描位置上产生屏幕相对的扫描位置上产生(ch(ch nshng)nshng)亮点。换句话说产生亮点。换句话说产生亮点。换句话说产生亮点。换句话说产生(ch(ch nshng)nshng)二次电子或背向散射电子越多，屏幕上光点越亮，讯二次电子或背向散射电子越多，屏幕上光点越亮，讯二次电子或背向散射电子越多，屏幕上光点越亮，讯二次电子或背向散射电子越多，屏幕上光点越亮，讯号少，光点越暗，因此就可在屏幕上由亮暗光点完整的影像。号少，光点越暗，因此就可
34、在屏幕上由亮暗光点完整的影像。号少，光点越暗，因此就可在屏幕上由亮暗光点完整的影像。号少，光点越暗，因此就可在屏幕上由亮暗光点完整的影像。第25页/共38页第二十六页，共38页。二次电子探测器示意图二次电子探测器示意图二次电子探测器示意图二次电子探测器示意图二次电子收集系统由栅网、聚焦环和闪烁体组成。栅二次电子收集系统由栅网、聚焦环和闪烁体组成。栅网上加网上加+250V电压，用来吸引二次电子。通过调整聚电压，用来吸引二次电子。通过调整聚焦环位置可改变焦环位置可改变(gibin)闪烁体前加速电场分布，闪烁体前加速电场分布，使二次电子比较集中打到加有使二次电子比较集中打到加有+12kV高压的闪烁体
35、上。高压的闪烁体上。第26页/共38页第二十七页，共38页。n n二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转换二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转换二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转换二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转换成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视频放成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视频放成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视频放成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视频放大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度(lingd)
36、(lingd)，从而获得图像。，从而获得图像。，从而获得图像。，从而获得图像。二次电子探测器示意图二次电子探测器示意图第27页/共38页第二十八页，共38页。低真空低真空(zhnkng)二次电子探二次电子探头头第28页/共38页第二十九页，共38页。扫描式电子显微镜放大扫描式电子显微镜放大(fngd)原理原理第29页/共38页第三十页，共38页。影像放大倍率影像放大倍率(bi l)的改变的改变n nSEM的放大倍率的决定，在于控制电子束的放大倍率的决定，在于控制电子束在样品表面扫描的范围的大小，由于屏幕在样品表面扫描的范围的大小，由于屏幕的尺寸固定，因此的尺寸固定，因此(ync)扫描范围越小，
37、屏扫描范围越小，屏幕上所显现的影像相对放大率就越大。幕上所显现的影像相对放大率就越大。第30页/共38页第三十一页，共38页。五五.扫描电子显微镜的主要扫描电子显微镜的主要(zhyo)性能性能分辨率分辨率分辨率分辨率 景深景深景深景深(j(j ngshn)ngshn)第31页/共38页第三十二页，共38页。分辨率分辨率n n对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。间的最小距离。n n入射电子束束斑直径入射电子束束斑直径n n入射电子束在样品中的扩展效应入射电子束在样品中的扩
38、展效应n n成像方式及所用的调制信号成像方式及所用的调制信号 n n二次电子像的分辨率约为二次电子像的分辨率约为3-10nm3-10nm，背反射电子像的分辨率约为，背反射电子像的分辨率约为50-200nm50-200nm。X X射线的深度射线的深度和广度都远较背反射电子的发射和广度都远较背反射电子的发射(fsh)(fsh)范围大，所以范围大，所以X X射线图像的分辨率远低于二次射线图像的分辨率远低于二次电子像和背反射电子像。电子像和背反射电子像。第32页/共38页第三十三页，共38页。景深景深景深景深(j(j ngshn)ngshn)n n景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时景深是指一
39、个透镜对高低不平的试样各部位能同时(tngsh)(tngsh)聚焦成像的聚焦成像的一个能力范围。一个能力范围。n n扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大100-500100-500倍，比透射电镜的景倍，比透射电镜的景深大深大10 10 倍。倍。d0临界(ln ji)分辨本领，电子束的入射角 第33页/共38页第三十四页，共38页。六六.样品样品(yngpn)制备制备n n扫描电镜的最大优点扫描电镜的最大优点(yudi(yudi n)n)是样品制备方法简单，对金是样品制备方法简单，对金属和陶瓷等块状样品，只需将它们切割成大小合适的尺寸，属和陶瓷等块状样品，
40、只需将它们切割成大小合适的尺寸，用导电胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。用导电胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。n n对于非导电样品如塑料、矿物等，在电子束作用下会产生对于非导电样品如塑料、矿物等，在电子束作用下会产生电荷堆积，影响入射电子束斑和样品发射的二次电子运动电荷堆积，影响入射电子束斑和样品发射的二次电子运动轨迹，使图像质量下降。因此这类试样在观察前要喷镀导轨迹，使图像质量下降。因此这类试样在观察前要喷镀导电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或碳膜做导电层，膜厚控制在碳膜做导电层，膜厚控制在20nm20nm左右。左右。第34页/共38页第三十五页，共38页。第35页/共38页第三十六页，共38页。七、注意事项七、注意事项n n安全n n防止样品污染n n数据(shj)保存n n记录第36页/共38页第三十七页，共38页。THE END第37页/共38页第三十八页，共38页。