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1、会计学1扫描扫描(somio)电子显微镜详解电子显微镜详解第一页，共94页。n n12-0 引言引言n n SEM的成像原理是以类似电视摄影的成像原理是以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦电子束在样显像的方式，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品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。号来调制成像的。n nSEM的特点：的特点：n n1、仪器分辨本领较高。新式、仪器分辨本领较高。新式SEM的的二次电子像的分辨率已达到二次电子像的分辨率已达到3-4nm。二次电子像分辨本领可达二次电子像分辨本领可达1.0nm(场发场发射射),3.0nm(钨灯丝钨灯丝)。仪器放大倍数。仪器放
2、大倍数(bish)变化范围大（从几倍到几十变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调。万倍），且连续可调。第1页/共94页第二页，共94页。12-0引言引言(ynyn)n n2、图像景深大，富有立体感。可图像景深大，富有立体感。可直接观察起伏较大的粗糙表面（如直接观察起伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）金属和陶瓷的断口等）n n3、试样制备、试样制备(zhbi)简单。只要将简单。只要将块状或粉末的、导电的或不导电的块状或粉末的、导电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就可直试样不加处理或稍加处理，就可直接放到接放到SEM中进行观察。一般来中进行观察。一般来说，用说，用SEM观察断口时，样
3、品不观察断口时，样品不必复制，可直接进行观察，这给分必复制，可直接进行观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子显析带来极大的方便。比透射电子显微镜（微镜（TEM）的制样简单，且可）的制样简单，且可使图像更近于试样的真实状态。使图像更近于试样的真实状态。第2页/共94页第三页，共94页。12-0引言引言(ynyn)n nSEMSEMSEMSEM装上波长色散装上波长色散装上波长色散装上波长色散X X X X射线谱仪（射线谱仪（射线谱仪（射线谱仪（WDXWDXWDXWDX）（简称波谱仪）（简称波谱仪）（简称波谱仪）（简称波谱仪）或能量色散或能量色散或能量色散或能量色散X X X X射线谱仪（射线谱仪
4、（射线谱仪（射线谱仪（EDXEDXEDXEDX）（简称能谱仪）后，）（简称能谱仪）后，）（简称能谱仪）后，）（简称能谱仪）后，在观察扫描形貌图像的同时，可对试样微区进行元在观察扫描形貌图像的同时，可对试样微区进行元在观察扫描形貌图像的同时，可对试样微区进行元在观察扫描形貌图像的同时，可对试样微区进行元素分析。素分析。素分析。素分析。n nSEMSEMSEMSEM、TEMTEMTEMTEM和和和和EDSEDSEDSEDS的结合同位分析：的结合同位分析：的结合同位分析：的结合同位分析：电子枪效率不断电子枪效率不断电子枪效率不断电子枪效率不断提高，使得提高，使得提高，使得提高，使得SEMSEMSEM
5、SEM的样品室附近的空间增大的样品室附近的空间增大的样品室附近的空间增大的样品室附近的空间增大(zn d)(zn d)(zn d)(zn d)，可以装入更多的探测器。因此，目前的扫描电子，可以装入更多的探测器。因此，目前的扫描电子，可以装入更多的探测器。因此，目前的扫描电子，可以装入更多的探测器。因此，目前的扫描电子显微镜不只是分析形貌貌，它可以和其它分析仪器显微镜不只是分析形貌貌，它可以和其它分析仪器显微镜不只是分析形貌貌，它可以和其它分析仪器显微镜不只是分析形貌貌，它可以和其它分析仪器相组合，使人们能在同一台仪器上进行形貌、微区相组合，使人们能在同一台仪器上进行形貌、微区相组合，使人们能在
6、同一台仪器上进行形貌、微区相组合，使人们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位分成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。析。析。析。第3页/共94页第四页，共94页。12-0引言引言(ynyn)n n装上半导体样品座附件装上半导体样品座附件装上半导体样品座附件装上半导体样品座附件(fjin)(fjin)(fjin)(fjin)，可以直接观察晶体管或集，可以直接观察晶体管或集，可以直接观察晶体管或集，可以直接观察晶体管或集成电路的成电路的成电路的成电路的p-np-np
7、-np-n结及器件失效部位的情况。结及器件失效部位的情况。结及器件失效部位的情况。结及器件失效部位的情况。n n装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境（加热、冷却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化（加热、冷却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化（加热、冷却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化（加热、冷却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。过程（动态观察）。过程（动态观察）。过程（动态观察）。
8、第4页/共94页第五页，共94页。12-1 电子束与固体样品作用时电子束与固体样品作用时产生产生(chnshng)的信号的信号n n样品样品(yngpn)在电在电子束子束的轰的轰击下击下会产会产生图生图12-1所示所示的各的各种信种信号号第5页/共94页第六页，共94页。n n1、背散射电子、背散射电子n n背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子。n n弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来
9、的，散射角大于散射角大于90o的那些入射电子，其能量的那些入射电子，其能量(nngling)没有损失没有损失(或基本上没有损失或基本上没有损失)。第6页/共94页第七页，共94页。1、背散射电子、背散射电子(dinz)n n一般弹性背散射电子的能量能达到数千到数一般弹性背散射电子的能量能达到数千到数万电子伏。万电子伏。n n非弹性背散射电子是入射电子和样品核外电非弹性背散射电子是入射电子和样品核外电子撞击子撞击(zhungj)后产生的非弹性散射，不后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。如仅方向改变，能量也有不同程度的损失。如有些电子经多次散射后仍能反弹出来，这就有些电子经多
10、次散射后仍能反弹出来，这就形成非弹性背散射电子。形成非弹性背散射电子。第7页/共94页第八页，共94页。1、背散射电子、背散射电子(dinz)n n非弹性背散射电子非弹性背散射电子(dinz)的能量分布范围的能量分布范围很宽，从数十电子很宽，从数十电子(dinz)伏直到数千电子伏直到数千电子(dinz)伏。伏。n n从数量上看，弹性背散射电子从数量上看，弹性背散射电子(dinz)远比远比非弹性背散射电子非弹性背散射电子(dinz)所占的份额多。所占的份额多。第8页/共94页第九页，共94页。1、背散射电子、背散射电子(dinz)n n背散射电子的特点：背散射电子的特点：背散射电子的特点：背散射
11、电子的特点：n n(1)(1)来自样品距表层几百纳米的深度范围。来自样品距表层几百纳米的深度范围。来自样品距表层几百纳米的深度范围。来自样品距表层几百纳米的深度范围。n n(2)(2)它的产额它的产额它的产额它的产额(ch(ch n)n)能随样品原子序数增大而增多，能随样品原子序数增大而增多，能随样品原子序数增大而增多，能随样品原子序数增大而增多，因此可用来显示原子序数衬度，并定性地用作成分分因此可用来显示原子序数衬度，并定性地用作成分分因此可用来显示原子序数衬度，并定性地用作成分分因此可用来显示原子序数衬度，并定性地用作成分分析。当然也能用作形貌分析析。当然也能用作形貌分析析。当然也能用作形
12、貌分析析。当然也能用作形貌分析.第9页/共94页第十页，共94页。2二次电子二次电子n n二次电子：二次电子：n n 在入射电子束作用下被轰击出来并在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子。离开样品表面的核外电子。n n 二次电子是一种真空中的自由电子二次电子是一种真空中的自由电子(z yu din z)。由于原子核和外层。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，因此外层价电子间的结合能很小，因此外层的电子比较容易和原子脱离，使原的电子比较容易和原子脱离，使原子电离。子电离。第10页/共94页第十一页，共94页。2二次电子二次电子n n一个能量很高的入射电子射入一个能量很高的入射电子
13、射入样品时，可以产生样品时，可以产生(chnshng)许多自由电子，许多自由电子，这些自由电子中这些自由电子中90是来自样是来自样品原子外层的价电子。品原子外层的价电子。n n二次电子的特点：二次电子的特点：n n(1)能量较低能量较低(50 eV)n n 大多数二次电子只带有几个大多数二次电子只带有几个电子伏特的能量。在用二次电电子伏特的能量。在用二次电子收集器收集二次电子时，往子收集器收集二次电子时，往往也会把极少量低能量的非弹往也会把极少量低能量的非弹性性第11页/共94页第十二页，共94页。2二次电子二次电子n n背散射电子一起收集进去。事背散射电子一起收集进去。事实上这两者是无法区分
14、的。实上这两者是无法区分的。n n(2)二次电子发射深度距离表二次电子发射深度距离表层层5-10 nm.它对样品的表面形它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有貌十分敏感，因此，能非常有效地显示样品的表面形貌。效地显示样品的表面形貌。n n(3)二次电子的产额和原子序二次电子的产额和原子序数之间没有明显数之间没有明显(mngxin)的的依赖关系，故不能用它来进行依赖关系，故不能用它来进行成分分析。成分分析。第12页/共94页第十三页，共94页。2二次电子二次电子(4)二次电子产额二次电子产额（二次电子流与入射电子（二次电子流与入射电子流的比值）与入射电子能量和入射角流的比值）与入射电子能量和
15、入射角（入（入射束和样品表面法线的交角）有关射束和样品表面法线的交角）有关,见图见图12-1-1。在某一能量范围内，二次电子产额都大于在某一能量范围内，二次电子产额都大于1，随着，随着(su zhe)的增大，二次电子产额曲的增大，二次电子产额曲线的极大值增大，并向高能方向移动。线的极大值增大，并向高能方向移动。第13页/共94页第十四页，共94页。图图12-1-1二次电子二次电子(dinz)产额与电子产额与电子(dinz)能量和能量和入射角的关系入射角的关系第14页/共94页第十五页，共94页。3吸收吸收(xshu)电子电子n n入射电子进入样品后，经多次入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能
16、量损失殆尽非弹性散射能量损失殆尽(假定假定样品有足够的厚度没有样品有足够的厚度没有(mi yu)透射电子产生透射电子产生)，最后被样，最后被样品吸收。若在样样品和地之间品吸收。若在样样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号，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。这个信号是由吸收电子提供的。假定假定i0、ib、is、，、，ia分别表分别表示入射电子电流强度、背散射示入射电子电流强度、背散射电子流强度、二次电子流强度电子流强度、二次电子流强度和吸收电子流强度。和吸收电子流强度。第15页/共94页第十六页，共94页。3吸收吸收(xshu
17、)电子电子n n在不考虑透射在不考虑透射在不考虑透射在不考虑透射(tu sh)(tu sh)电子流时有：电子流时有：电子流时有：电子流时有：n nia ia i0 i0 （ib+isib+is）n n入射电子束和样品作用后，若逸出表入射电子束和样品作用后，若逸出表入射电子束和样品作用后，若逸出表入射电子束和样品作用后，若逸出表面的背散射电子和二次电子数量越少面的背散射电子和二次电子数量越少面的背散射电子和二次电子数量越少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。若把吸则吸收电子信号强度越大。若把吸则吸收电子信号强度越大。若把吸则吸收电子信号强度越大。若把吸收电子信号调制成图像，则
18、它的衬度收电子信号调制成图像，则它的衬度收电子信号调制成图像，则它的衬度收电子信号调制成图像，则它的衬度恰好和二次电子或背散射电子信号调恰好和二次电子或背散射电子信号调恰好和二次电子或背散射电子信号调恰好和二次电子或背散射电子信号调制的图像衬度相反。制的图像衬度相反。制的图像衬度相反。制的图像衬度相反。第16页/共94页第十七页，共94页。3吸收电子吸收电子(dinz)的原子序数的原子序数衬度衬度n n当电子束入射一个多元素的样品表面时，由当电子束入射一个多元素的样品表面时，由于不同原子序数部位于不同原子序数部位(bwi)的二次电子产的二次电子产额基本上是相同的，则产生背散射电子较多额基本上是
19、相同的，则产生背散射电子较多的部位的部位(bwi)(原子序数大原子序数大),其吸收电子的其吸收电子的数量就较少，反之亦然。因此，吸收电子能数量就较少，反之亦然。因此，吸收电子能产生原子序数衬度，同样也可以用来进行定产生原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析性的微区成分分析.第17页/共94页第十八页，共94页。4.透射透射(tu sh)电子电子n n如果被分析的样品很薄那么就会有一部分如果被分析的样品很薄那么就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为入射电子穿过薄样品而成为(chngwi)透射透射电子。电子。(当采用扫描透射操作方式对薄样品当采用扫描透射操作方式对薄样品成像和微区成分分析
20、时形成的透射电子成像和微区成分分析时形成的透射电子).第18页/共94页第十九页，共94页。4.透射透射(tu sh)电子电子n n这种透射电子是由直径很小这种透射电子是由直径很小(小于小于10nm)的的高能电子束照射薄样品时产生的，因此，透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、成分和晶体结射电子信号是由微区的厚度、成分和晶体结构来决定构来决定(judng)。透射电子流强度用。透射电子流强度用it表示。表示。第19页/共94页第二十页，共94页。几种电子几种电子(dinz)信号强度之间信号强度之间的关系的关系n n综上所述，如果使样品接地保综上所述，如果使样品接地保持
21、电中性，那么入射电子激发持电中性，那么入射电子激发固体样品产生固体样品产生(chnshng)的的四种电子信号强度与入射电子四种电子信号强度与入射电子强度之间必然满足以下关系：强度之间必然满足以下关系：n n I0 ib+is+ia+it 12-1n n 或或n n +1 12-2第20页/共94页第二十一页，共94页。几种电子几种电子(dinz)信号强度之间信号强度之间的关系的关系式中式中 ib/i0，叫做背散射系数；，叫做背散射系数；is i0，叫做二次电子产额，叫做二次电子产额(chn)(或发或发 射系数射系数)；ia/i0,叫做吸收系数；叫做吸收系数；it/i0。叫做透射系数。叫做透射系
22、数。第21页/共94页第二十二页，共94页。几种几种(j zhn)电子信号强度之电子信号强度之间的关系间的关系n n 对于(duy)给定的材料，当入射电子能量和强度一定时，上述四项系数与样品质量厚度之间的关系，如图122所示。第22页/共94页第二十三页，共94页。图图图图12-2 12-2 铜样品铜样品铜样品铜样品、系数与系数与系数与系数与tt之间关系之间关系之间关系之间关系(gun x)(gun x)(入射电子能能入射电子能能入射电子能能入射电子能能量量量量10kv10kv）对于大块试样，样品同对于大块试样，样品同一部位的吸收系数一部位的吸收系数,背背散射系数和二次电子发散射系数和二次电子
23、发射系数三者之间存在互射系数三者之间存在互补关系；由于二次电子补关系；由于二次电子信号强度与样品原子序信号强度与样品原子序数没有确定的关系，因数没有确定的关系，因此可以此可以(ky)认为，如认为，如果样品微区背散射屯子果样品微区背散射屯子信号强度大，则吸收电信号强度大，则吸收电子信号强度小。反之亦子信号强度小。反之亦然。然。第23页/共94页第二十四页，共94页。5.特征特征(tzhng)X射线射线n n当样品原子的内层电子被入射当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此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时外层电子
24、将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而补内层电子的空缺，从而(cng r)使具有特征能量的使具有特征能量的x射线释放出来射线释放出来(见见1-4 X射线图射线图)。根据莫塞莱定律，如果用。根据莫塞莱定律，如果用x射线探测器测到了样品微区中射线探测器测到了样品微区中存在某一种特征波长，就可以存在某一种特征波长，就可以判定这个微区中存在着相应的判定这个微区中存在着相应的元素。元素。第24页/共94页第二十五页，共94页。6.俄歇电子俄歇电子(dinz)n n 在入射电子激发样品的特征x射线过程中，如果在原子内层电子能量(nngling)跃迁过程中释放出来的能量(nngling)并不以x射线的形式发
25、射出去，而是用这部分能量(nngling)把空位层内的另一个电子发射出去(或使空位层的外层电子发射出左)，这个被电离出来的电子称为俄歇电子(见15X射线与物质的相互作用)。第25页/共94页第二十六页，共94页。6.俄歇电子俄歇电子(dinz)n n俄歇电子特点俄歇电子特点:n n(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值俄歇电子的能量很低，能量有特征值,一般在一般在50eV-1500eV范围内。范围内。n n(2)俄歇电子的平均自由程很小俄歇电子的平均自由程很小(1nm左右左右).因此因此(ync)在较深区域中产生的俄歇电子在向表层运在较深区域中产生的俄歇电子在向表层运动时必然会因碰撞而损失能量
26、动时必然会因碰撞而损失能量,使之失去了具有持使之失去了具有持征能量的特点征能量的特点.第26页/共94页第二十七页，共94页。6.俄歇电子俄歇电子(dinz)n n(3)距离表面层距离表面层1nm左右范围内左右范围内(即几个原子即几个原子层厚度层厚度)逸出的俄歇电子才具备特征能量，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面层成分因此俄歇电子特别适用做表面层成分(chng fn)分析。分析。n n 除了上述除了上述6种信号外，还有阴极荧光、电子种信号外，还有阴极荧光、电子束感生效应等信号，经调制后也可以用于专束感生效应等信号，经调制后也可以用于专门的分析。门的分析。第27页/共94
27、页第二十八页，共94页。122 扫描电子显微镜的构造和扫描电子显微镜的构造和工作工作(gngzu)原理原理n nSEMSEM组成组成组成组成:n n1.1.电子光学系统电子光学系统电子光学系统电子光学系统.n n2.2.信号收集处理、图像信号收集处理、图像信号收集处理、图像信号收集处理、图像(t xin(t xin)显示和记录系统显示和记录系统显示和记录系统显示和记录系统.n n3.3.真空系统真空系统真空系统真空系统n n见图见图见图见图123.123.第28页/共94页第二十九页，共94页。图图12-3 扫扫描描电电镜镜结结构构(jigu)原原理理方方框框图图第29页/共94页第三十页，共
28、94页。一、电子光学一、电子光学(din z un xu)系统（镜筒）系统（镜筒）电子光学系统包括电子光学系统包括(boku)电子枪、电磁透镜、扫描电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。线圈和样品室。1电子枪电子枪 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。子枪相似，只是加速电压比透射电子显微镜低。第30页/共94页第三十一页，共94页。n n SEM SEM中的电磁透镜都不作成像透镜用，而是作聚光镜用中的电磁透镜都不作成像透镜用，而是作聚光镜用.n n功能功能:把电子枪的束斑把电子枪的束斑(虚光源虚光源)逐
29、级聚焦缩小，使原来直径约为逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um50um的束斑缩小成一个只有数个的束斑缩小成一个只有数个nmnm的细小斑点，要达到达样的缩的细小斑点，要达到达样的缩小倍数小倍数(bish)(bish)，必须用几个透镜来完成。，必须用几个透镜来完成。第31页/共94页第三十二页，共94页。2.电磁透镜电磁透镜n n SEM一般都有一般都有3个聚光镜，前个聚光镜，前2个聚光镜是强磁透镜，可把个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小电子束光斑缩小(suxio)第第3个透镜是弱磁透镜（物镜），个透镜是弱磁透镜（物镜），具有较长的焦距。具有较长的焦距。n n 布置物镜目的在于使样品室布置物镜
30、目的在于使样品室和透镜之间留有一定的空间，和透镜之间留有一定的空间，以便装入各种信号探测器。以便装入各种信号探测器。第32页/共94页第三十三页，共94页。2.电磁透镜电磁透镜n nSEM照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。n n采用普通热阴极电子枪时，电子束斑直径可达到采用普通热阴极电子枪时，电子束斑直径可达到6nm左右左右(zuyu)。若采用六硼化钄阴极和场发射。若采用六硼化钄阴极和场发射电子枪，电子束直径还可进一步缩小。电子枪，电子束直径还可进一步缩小。第33页/共94
31、页第三十四页，共94页。我院的我院的SEM第34页/共94页第三十五页，共94页。3扫描扫描(somio)线圈线圈n n其作用是使电子束偏转，并在样品表面作有其作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格显像管上的扫描动作保持严格(yng)同步同步(由同一扫描发生器控制由同一扫描发生器控制)。n n图图12-4示出电子束在样品表面进行扫描的两示出电子束在样品表面进行扫描的两种方式。进行形貌分析时都采用光栅扫描方种方式。进行形貌分析时都采用光栅扫描方式，见图式，见图12-4(a)。第35页/共94页第三
32、十六页，共94页。图图图图12-4 12-4 电子束在样品电子束在样品电子束在样品电子束在样品(yngp(yngp n)n)表面进行的扫描方式表面进行的扫描方式表面进行的扫描方式表面进行的扫描方式 (a)(a)光栅扫描；光栅扫描；光栅扫描；光栅扫描；(b)(b)角光栅扫描角光栅扫描角光栅扫描角光栅扫描第36页/共94页第三十七页，共94页。n扫描线圈是扫描电子显微镜的一个重要组件，它一般放在最后扫描线圈是扫描电子显微镜的一个重要组件，它一般放在最后二透镜之间，也有的放在末级透镜的空间二透镜之间，也有的放在末级透镜的空间(kngjin)内，使电内，使电子束进入末级透镜强磁场区前就发生偏转，为保证
33、方向一致的子束进入末级透镜强磁场区前就发生偏转，为保证方向一致的电子束都能通过末级透镜的中心射到样品表面；扫描电子显微电子束都能通过末级透镜的中心射到样品表面；扫描电子显微镜采用双偏转扫描线圈。镜采用双偏转扫描线圈。n当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又由下偏转当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又由下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。在电子束偏转的同时还进行线圈使它的方向发生第二次转折。在电子束偏转的同时还进行逐行扫描，电子束在上下偏转线圈的作用下，扫描出一个长方逐行扫描，电子束在上下偏转线圈的作用下，扫描出一个长方形，相应地在样品上画出一帧比例图像。形，相应地在样品上画出
34、一帧比例图像。n如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向，而如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向，而直接由末级透镜折射到入射点位置，这种扫描方式称为角光栅直接由末级透镜折射到入射点位置，这种扫描方式称为角光栅扫描或摇摆扫描。扫描或摇摆扫描。第37页/共94页第三十八页，共94页。4样品样品(yngpn)室室n n扫描电子显微镜的样品室空间较大，一般可放置扫描电子显微镜的样品室空间较大，一般可放置扫描电子显微镜的样品室空间较大，一般可放置扫描电子显微镜的样品室空间较大，一般可放置2010 mm2010 mm2010 mm2010 mm的的的的块状样品。块状样品。块状样品。
35、块状样品。n n为适应断口实物等大零件的需要，近年来还开发了可放置尺寸为适应断口实物等大零件的需要，近年来还开发了可放置尺寸为适应断口实物等大零件的需要，近年来还开发了可放置尺寸为适应断口实物等大零件的需要，近年来还开发了可放置尺寸在在在在125mm125mm125mm125mm以上的大样品台。观察时，样品台可根据需要沿以上的大样品台。观察时，样品台可根据需要沿以上的大样品台。观察时，样品台可根据需要沿以上的大样品台。观察时，样品台可根据需要沿X X X X、Y Y Y Y及及及及Z Z Z Z三个方向平移，在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。三个方向平移，在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。三个方向平移
36、，在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。三个方向平移，在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。n n样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有很大的关系收集和相应检测器的安放位置有很大的关系收集和相应检测器的安放位置有很大的关系收集和相应检测器的安放位置有很大的关系.如果安置不当，则如果安置不当，则如果安置不当，则如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。有可能收不到信号或收到的信号很弱
37、，从而影响分析精度。有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。n n信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度，新型扫描电子显微镜的样品室内还
38、配有多种附件，可析精度，新型扫描电子显微镜的样品室内还配有多种附件，可析精度，新型扫描电子显微镜的样品室内还配有多种附件，可析精度，新型扫描电子显微镜的样品室内还配有多种附件，可使样品在样品台上能进行加热、冷却使样品在样品台上能进行加热、冷却使样品在样品台上能进行加热、冷却使样品在样品台上能进行加热、冷却(lngqu)(lngqu)(lngqu)(lngqu)、拉伸等试验，、拉伸等试验，、拉伸等试验，、拉伸等试验，以便研究材料的动态组织及性能。以便研究材料的动态组织及性能。以便研究材料的动态组织及性能。以便研究材料的动态组织及性能。第38页/共94页第三十九页，共94页。二、信号二、信号(xn
39、ho)的收集和图像的收集和图像显示系统显示系统n n信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下产生产生产生产生(ch(ch nshng)nshng)的物理信号，然后经视频放大，作的物理信号，然后经视频放大，作的物理信号，然后经视频放大，作的物理信号，然后经视频放大，作为显像
40、系统的调制信号，最后在荧光屏上得到反映样为显像系统的调制信号，最后在荧光屏上得到反映样为显像系统的调制信号，最后在荧光屏上得到反映样为显像系统的调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的扫描图像。品表面特征的扫描图像。品表面特征的扫描图像。品表面特征的扫描图像。n n二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪烁计数器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起烁计数器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起烁计数器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起烁计数
41、器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生电离，当离子和自由电子复合后就产生电离，当离子和自由电子复合后就产生电离，当离子和自由电子复合后就产生(ch(ch nshng)nshng)可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视信号放大，即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
42、为调制信号。频放大器放大后就成为调制信号。频放大器放大后就成为调制信号。频放大器放大后就成为调制信号。第39页/共94页第四十页，共94页。二、信号的收集和图像二、信号的收集和图像(t xin)显示系统显示系统n n如前所述，由于如前所述，由于(yuy)镜筒中的电子束和镜筒中的电子束和显像管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每显像管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不相同，于是就相同，所以接收到的信号也不相同，于是就可以在显像
43、管上看到一幅反映试样各点状态可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。的扫描电子显微图像。第40页/共94页第四十一页，共94页。三、真空三、真空(zhnkng)系统系统n n真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持10-4-10-5 10-4-10-5 10-4
44、-10-5 10-4-10-5 mmHgmmHgmmHgmmHg的真空度。的真空度。的真空度。的真空度。n n电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，其电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，其电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，其电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。作用是提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。作用是提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。作用是提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。n n镜筒内的真空度一般为镜筒内的真空度一般为镜筒内的真空度一般为镜筒内的真空度一般为1.33x 10-21.33
45、x 10-21.33x 10-21.33x 10-21.33x10-3Pa(10-41.33x10-3Pa(10-41.33x10-3Pa(10-41.33x10-3Pa(10-410-5mmHg)10-5mmHg)10-5mmHg)10-5mmHg)的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空度不足，除样品被严重度不足，除样品被严重度不足，除样品被严重度不足，除样品被严重(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)污染外还会出现灯污染外还会出现灯污染外还会出
46、现灯污染外还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。丝寿命下降，极间放电等问题。丝寿命下降，极间放电等问题。丝寿命下降，极间放电等问题。第41页/共94页第四十二页，共94页。二、工作二、工作(gngzu)原理原理 由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子作
47、用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。在末级透镜上边装束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。在末级透镜上边装束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。在末级透镜上边装束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。在末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。出于高能电子束与样品物质的交互作用，结果出于高能电子束与样品物质的交互作用，结果出于高能电子束与样品物质的交互作用，结果出于高能电子束与样品
48、物质的交互作用，结果(ji gu)(ji gu)(ji gu)(ji gu)产生了各产生了各产生了各产生了各种信息：二次电子、背散射电子、吸收电子、种信息：二次电子、背散射电子、吸收电子、种信息：二次电子、背散射电子、吸收电子、种信息：二次电子、背散射电子、吸收电子、X X X X射线、俄歇电子、射线、俄歇电子、射线、俄歇电子、射线、俄歇电子、阴极发光和透射电于等。阴极发光和透射电于等。阴极发光和透射电于等。阴极发光和透射电于等。这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅
49、极上，调这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用逐点成像管荧光屏上就出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用
50、逐点成像管荧光屏上就出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用逐点成像管荧光屏上就出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为视频传号，完成一帧图像，从而使我们在荧光屏上观察到样品视频传号，完成一帧图像，从而使我们在荧光屏上观察到样品视频传号，完成一帧图像，从而使我们在荧光屏上观察到样品视频传号，完成一帧图像，从而使我们在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。表面的各种特征图像。表面的各种特征