扫描电子显微镜(修改).
扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。
扫描电子显微镜（SEM）
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扫描电镜的优点：有较高的放大倍数，20-200000倍之间连续可调；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表面的细微结构；试样制备简单，目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析（即SEM-EDS），因此它是当今十分重要的科学研究仪器之一。
扫描电子显微镜（SEM）工作原理
透射电子显微镜（TEM）：
透射电子显微镜可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。
1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。
扫描电子显微镜下，细胞（粉色、蓝色）上培养出来的新冠病毒（黄色）
学习感悟：生命科学的发展离不开技术，显微镜的发明推动了生命科学的发展。要观察病毒就需要特殊的显微镜。
扫描电子显微镜（SEM）：
扫描电子显微镜是1965年发明的主要用于细胞生物学研究电子显微镜，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子。
扫描电子显微镜基本原理和应用
扫描电子显微镜基本原理和应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种使用电子束来观察具有丰富细节和高分辨率的样品表面的显微镜。
相对于光学显微镜，SEM具有更高的放大倍数和更好的深度对焦能力，使得研究者能够观察到更详细的样品结构和形貌。
SEM的基本原理是利用高能的电子束与样品相互作用，观察和测量产生的多种信号。
通常，SEM是通过在真空中工作的，这是因为在空气中，电子会与分子发生相互作用，使得电子束损失能量并发生散射，影响成像质量。
在SEM中，电子由阴极发射器产生，并加速到非常高能量，通过一系列的电磁透镜和偏转系统，形成聚焦的电子束。
这束电子通过样品表面扫描，当与样品相互作用时，会产生多种信号，其中包括二次电子（SE）、反射电子（RE）、吸收电子（AE）和散射电子（BE）等。
二次电子是从样品表面脱离的电子，其数量受样品表面形貌和成分的影响。
二次电子信号特别适用于观察样品表面的形态和拓扑结构。
反射电子是从样品表面反射出来的电子，通过测量反射电子的能量和角度，可以得到有关样品的晶体结构信息。
吸收电子是由于样品中的原子吸收电子束能量而产生的，可以提供有关样品的化学成分信息。
散射电子是被样品散射的电子，通过测量散射电子的能量和角度，可以得到有关样品的电子结构和元素分布的信息。
SEM可以应用于多个领域，具有广泛的应用前景。
在材料科学中，SEM可以用于观察和分析材料的晶体结构、表面形貌和缺陷等，帮助研究者了解材料的结构与性能之间的关系。
在生命科学中，SEM可以用来观察和研究生物样品的微观结构，包括细胞、细胞器和微生物等，可以揭示细胞的形态、亚细胞结构和细胞间相互作用等。
在地质学和矿物学中，SEM 可以用于观察和鉴定岩石和矿物样品的组成、晶体结构和矿物形态等。
除此之外，SEM还被应用于纳米技术、电子元器件制造、表面化学等领域。
总之，扫描电子显微镜利用电子束与样品相互作用来观察并测量样品表面的多种信号，具有高分辨率和丰富细节的优势。
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一
种利用电子束与样品相互作用，通过控制电子束扫描样品来获得高分辨率图像的仪器。
其工作原理可以概括如下：
1. 电子枪和聚焦系统：SEM中的电子枪产生高能量的电子束，通常使用热阴极或冷阴极发射电子。
聚焦系统根据需要将电子束聚焦成细束。
2. 射线系统：聚焦后的电子束进入射线系统，经过一系列的电磁透镜和偏转磁铁来控制和定位电子束的位置。
3. 样品台和扫描系统：待观察的样品放置于样品台上，样品台可以进行高精度的位置调整。
电子束从顶部进入，并通过电磁透镜附近的扫描线圈来控制水平和垂直方向的束斑位置，从而实现对样品表面的扫描。
4. 信号检测和图像重建：当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。
最常用的信号有二次电子（SE）和背散射
电子（BSE）。
二次电子是由被电子束激发的表面原子或分子
所发射的电子。
背散射电子是由高能电子与样品原子核的相互作用而散射产生的电子。
这些信号被探测器捕捉，并转换为电信号传输到图像处理系统。
通过组合并处理这些信号，最终形成高分辨率的样品图像。
5. 系统控制和图像显示：扫描电子显微镜通常配备有相应的系统控制软件，可以实时调整电子束的参数、样品扫描范围和扫
描速度等。
图像可以通过电子束的扫描和控制以及信号检测系统的输出，转化为显示在显示器上的图像。
总结起来，扫描电子显微镜通过利用电子束与样品相互作用并检测所产生的信号，通过电子束的扫描和控制，最终生成高分辨率的样品图像。
扫描电子显微镜实验报告
扫描电子显微镜实验报告本实验旨在通过使用扫描电子显微镜（SEM）对样品进行观察，以了解其表面形貌和微观结构。
SEM是一种能够以高分辨率观察样品表面形貌的显微镜，其分辨率通常可达纳米级别，因此在材料科学、生物学、医学等领域具有广泛的应用价值。
在本次实验中，我们选择了一块金属样品作为观察对象，首先将样品表面进行必要的处理，以确保获得清晰的观察结果。
处理过程包括去除表面杂质、涂覆导电膜等步骤，这些步骤对于保证样品表面的导电性和平整度至关重要。
接下来，我们将样品放置在SEM的样品台上，并调整好加速电压、放大倍数等参数，确保获得清晰的图像。
随后，我们通过SEM观察软件对样品进行扫描，获得了其表面的高分辨率图像。
通过观察这些图像，我们可以清晰地看到样品表面的微观结构，包括晶粒的形貌、表面的粗糙度等信息。
在观察过程中，我们还注意到了一些有趣的现象，比如样品表面的微观凹凸结构、晶粒的排列方式等。
这些信息对于我们深入了解样品的性质和特点具有重要意义。
通过本次实验，我们不仅学会了如何正确地使用扫描电子显微镜进行样品观察，还深入了解了SEM在材料科学研究中的重要应用。
SEM可以帮助我们观察样品的微观结构，揭示材料的性质和特点，为材料设计和工程应用提供重要参考。
总的来说，本次实验取得了良好的效果，我们成功地使用SEM观察了金属样品的微观结构，获得了清晰的图像和有价值的信息。
这将为我们今后的研究工作提供重要的参考和支持。
同时，我们也意识到在实验过程中仍然存在一些需要改进的地方，比如样品处理的细节、参数的选择等，这些都需要我们在今后的实验中加以改进和完善。
通过本次实验，我们对扫描电子显微镜的原理和应用有了更深入的理解，这将为我们今后的科研工作和学习提供重要的帮助。
我们相信，在今后的工作中，将能够更好地运用SEM这一强大的工具，为科学研究和工程应用做出更大的贡献。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束照射样本表面，通过采集样本散射的次级电子、反射电子、透射电子等生成显微图像的设备。
其原理与传统光学显微镜不同，利用电子束的波粒二象性和电子与物质相互作用的性质来获得高分辨率的图像。
扫描电子显微镜由电子光源、电子光学系统、样本台以及信号检测和图像处理系统等组成。
首先，电子显微镜的电子光源发射出高能电子束，通常通过热丝发射电子的方式。
这些电子束会经过准直和聚焦装置，使其成为一束细且聚焦的电子束。
接下来，样本被放置在扫描电子显微镜的样本台上。
样本表面会与入射电子束相互作用，产生不同的信号。
其中，主要信号包括次级电子（Secondary Electron, SE）、反射电子（Backscattered Electron, BE）以及透射电子（Transmitted Electron, TE）。
次级电子主要由入射电子与样本表面原子的相互作用而产生，其被采集并转化为图像。
反射电子主要是在样本内部物质的相互作用下被散射回来的电子，同样被采集和转化为图像。
透射电子则是透过样本的电子，其传感元件可将其图像化。
这些信号被接收后，经过放大和转换为电子图像信号。
电子图像信号可以通过荧光屏或者光电二极管进行观测和记录。
最后，通过图像处理系统将电子信号转化为高分辨率的图像，该图像具有较高的对比度和分辨率，可以用来观察样本的细微特征。
扫描电子显微镜以其高分辨率和强大的观察能力被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术以及表面科学等领域。
扫描电子显微镜的原理及应用
扫描电子显微镜的原理及应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种使用电子束而不是光束的显微镜，它通过对被测样品表面进行扫描和检测，以获取高分辨率的图像。
SEM具有优秀的分辨率和放大倍数，被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术、地质学等领域。
SEM的工作原理如下：1. 产生电子束：通过电子枪产生高能电子束，电子枪包括一个热阴极和一根聚焦的阳极。
电子束可以通过区域限制器（aperture）来控制束流的大小。
2.加速电子束：电子束通过电子镜来加速，这是一个由透镜组成的系统。
电子束在电子镜中得到聚焦，束流变窄，成为高能、高分辨率的束流。
3.扫描样品：样品被放置在SEM的样品台上，电子束通过磁场的作用进行X、Y方向扫描。
扫描电子镜的样品台通常也可以进行上下方向的运动，以获得不同深度的图像。
4.接收和检测：当电子束照射在样品表面上时，样品中发生的相互作用将会发射出各种信号，包括二次电子、透射电子、X射线以及退火融合过程产生的光谱信号等。
SEM通过收集并检测这些信号，并将其转化为电信号。
5.构建显像：电信号被转化为亮度信号，并用于构建图像。
SEM可以生成大量的图像类型，包括二次电子图像（SE图像）、透射电子图像（BSE图像）、X射线能谱图（EDS图像）等。
6.分析和测量：SEM可以提供非常详细的样品表面形貌信息，包括形貌、尺寸、形状、纹理等。
还可以使用EDS技术分析样品的化学元素组成。
SEM的应用范围十分广泛：1.材料科学：SEM可以研究材料的微观结构、相变过程、表面形貌以及晶格结构等。
它可以用于分析金属、陶瓷、纤维、塑料等材料的微观结构，从而改进材料的性能和开发新材料。
2.生命科学：SEM非常适合观察生物样品的微观结构，如昆虫、细胞、细菌等。
它可以研究生物样品的组织结构、表面形貌，以及细胞壁、细胞器等微观结构。
3.纳米技术：SEM可以观察和测量纳米级别的颗粒、膜、纳米线、纳米管等纳米材料。
扫描电子显微镜的使用注意事项
扫描电子显微镜的使用注意事项引言：扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种高度精密的科学仪器，被广泛应用于材料科学、生物医学、纳米技术等领域。
然而，为了确保SEM的正常运行和保障实验的准确性，注意事项是不可忽视的。
一、操作流程与安全1. 严格按照操控手册要求进行SEM的启动和关闭流程，切勿随意操作，以免对仪器造成损坏。
2. 在使用SEM时，务必佩戴安全眼镜、防护手套等个人防护装备，避免因意外事故带来的伤害。
3. 遵循仪器操作规程，不得将检视物体超出仪器最大承受范围，以防止镜头损坏或样本受损。
4. 长时间操作SEM时，需注意保持良好的姿势、适当休息和眼部保护，避免过度劳累或眼睛疲劳。
二、样本处理和准备1. 样本处理要彻底，确保无氧化物、尘埃等杂质存在，以免影响观察效果。
2. 样本尺寸大小要符合仪器规格，注意避免样本与仪器部件之间的接触，以免损坏或污染仪器。
3. 样本应均匀分布在样品台上，避免出现浓度过高或不均匀的现象，以确保观察结果准确性。
三、仪器参数设置1. 在选择显微镜放大倍数时，要根据具体样本来调整，避免低倍观察导致细节无法解析，或高倍观察造成扫描范围过小。
2. 做好电压和放大倍数的匹配，确保观察到的图像清晰度和分辨率最佳。
3. 调整电子束的对准和聚焦，保证电子束稳定、定位准确，避免扫描到错误的区域。
四、图像处理和分析1. SEM观察到的图像常常需要进行后期调整和分析，应注意不得对图像进行任意编辑和修改，以保持真实性。
2. 做好图像保存，避免因存储不当导致数据丢失，同时保护好已得到的数据，备份至不同的存储设备。
五、SEM维护与清洁1. 定期对SEM仪器进行检查和维护，及时发现并处理可能的故障和问题，保证仪器正常运行。
2. 仪器的清洁工作要轻柔、细致，使用专门的清洁布和溶剂，尽量避免对仪器部件造成损坏。
结语：在使用扫描电子显微镜时，合理安排使用流程、注意样本处理和仪器参数设置、做好图像保存以及仪器的维护与清洁，都是保障实验准确性和SEM长期稳定运行的关键。
扫描电子显微镜原理和应用
扫描电子显微镜原理和应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并获取图像的仪器。
相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的放大倍率和更好的分辨能力。
本文将介绍SEM的原理和应用。
SEM的原理基于电子束与样品的相互作用。
SEM使用的电子源通常是热发射电子源或场致发射电子源。
电子束经过束流控制系统调整并汇聚到一个非常细的束斑上，然后由电子透镜系统进行聚焦，形成连续的束斑。
当电子束进入样品后，会与样品中的原子和分子发生相互作用，被散射或吸收。
这些与样品的相互作用会改变原始电子束的性质，包括散射电子、二次电子和背散射电子等。
SEM的主要成像模式包括二次电子成像和背散射电子成像。
二次电子成像是通过探测样品表面的二次电子来生成图像，这些电子主要受到样品表面的形貌和电子密度的影响。
背散射电子成像是通过探测样品背面散射出来的电子来生成图像，这些电子主要受到样品中原子的影响。
SEM具有较高的放大倍率和分辨能力，可以观察到亚微米级别的细节。
此外，SEM还具有样品表面成分分析和表面形貌表征等功能。
通过与能谱仪（EDS）结合，SEM可以对样品进行能谱分析，获取元素的分布和浓度信息。
此外，SEM还可以结合纳米操作系统，用于纳米加工和纳米刻蚀。
SEM在材料科学、生物学、地质学、环境科学、医学和纳米技术等领域具有广泛的应用。
在材料科学中，SEM可用于分析材料的微观结构、表面形貌和化学成分，评估材料的质量和性能。
在生物学中，SEM可以用于观察生物细胞的形态和结构，研究细胞的功能和亚细胞器的分布。
在地质学中，SEM可用于研究岩石和矿物的微观结构和组成，了解地质过程。
在环境科学中，SEM可用于污染物的形态分析和颗粒物的形貌表征。
在医学中，SEM可用于观察病原体或细胞对药物的反应，指导治疗和药物开发。
在纳米技术中，SEM在纳米加工和纳米刻蚀中起着重要的作用。
总之，扫描电子显微镜是一种强大的工具，用于研究微观结构、表面形貌和化学成分。
扫描电子显微镜SEM
• 其中涉及弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 • 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来旳散射角不
小于90旳那些入射电子，其能量基本上没有变化。 • 弹性背散射电子旳能量为数千到数万电子伏。 • 非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹
三、吸收电子 （absorption electron）
• 入射电子进入样品后，经屡次非弹性散射，能量 损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子 产生），最终被样品吸收。
• 若在样品和地之间接入一种高敏捷度旳电流表， 就能够测得样品对地旳信号，这个信号是由吸收 电子提供旳。
• 入射电子束与样品发生作用，若逸出表面旳背散 射电子或二次电子数量任一项增长，将会引起吸 收电子相应降低，若把吸收电子信号作为调制图 像旳信号，则其衬度与二次电子像和背散射电子 像旳反差是互补旳。
第三章 扫描电子显微镜
Light vs Electron Microscope
概述
• 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是继透射电镜之后发 展起来旳一种电子显微镜
• 扫描电子显微镜旳成像原理和光学显微镜或透 射电子显微镜不同，它是以类似电视摄影旳方 式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发 出来旳多种物理信号来调制成像旳。
3.2扫描电镜成像旳物理信号
• 扫描电镜成像所用旳 物理信号是电子束轰 击固体样品而激发产 生旳。具有一定能量 旳电子，当其入射固 体样品时，将与样品 内原子核和核外电子 发生弹性和非弹性散 射过程,激发固体样品 产生多种物理信号。
入射电子轰击样品产生旳物理信号
一、背散射电子 （backscattering electron）
扫描电子显微镜
基本结构
结构示意图
1-镜筒；2-样品室；3-EDS探测器；4-监控器；5-EBSD探测器；6-计算机主机；7-开机/待机/关机按钮；8底座；9-WDS探测器。
基本原理
扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源；点光源在加速电压下形成高能电子束；高 能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光 栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号。此时，电子信号会被样品上方不同信号 接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录（图a）。由入射电子轰击样品表面激 发出来的电子信号有：俄歇电子（Au E）、二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、X射线（特征X射线、连续X射 线）、阴极荧光（CL）、吸收电子（AE）和透射电子（图b）。每种电子信号的用途因作用深度而异。
2021年，全数字化扫描电子显微镜新品在无锡惠山发布。
类型
扫描电子显微镜类型多样，不同类型的扫描电子显微镜存在性能上的差异。根据电子枪种类可分为三种：场 发射电子枪、钨丝枪和六硼化镧 。其中，场发射扫描电子显微镜根据光源性能可分为冷场发射扫描电子显微镜 和热场发射扫描电子显微镜。冷场发射扫描电子显微镜对真空条件要求高，束流不稳定，发射体使用寿命短，需 要定时对针尖进行清洗，仅局限于单一的图像观察，应用范围有限；而热场发射扫描电子显微镜不仅连续工作时 间长，还能与多种附件搭配实现综合分析。在地质领域中，我们不仅需要对样品进行初步形貌观察，还需要结合 分析仪对样品的其它性质进行分析，所以热场发射扫描电子显微镜的应用更为广泛。
图 a.扫描电子显微镜原理图;b.扫描电子显微镜电子信号示意
图 a.扫描电子显微镜原理图；b.扫描电子显微镜电子信号示意图。
扫描电子显微镜
多模式和多功能：未来 的扫描电子显微镜将具 备多种模式和功能，例 如在观察形貌的同时进 行成分分析、晶体结构 分析等。此外，还将开 发出更多的附属功能， 如样品制备、图像处理 和分析等
扫描电子显微镜的发展趋势
自动化和智能化：随着 自动化和智能化技术的 不断发展，未来的扫描 电子显微镜将更加智能 化，具备自动调整参数 、自动聚焦、自动扫描 等功能。同时，还将引 入人工智能和机器学习 等技术，提高图像处理 和分析的自动化程度
高分辨率和高质量图像 ：随着透射电镜等其他 电子显微技术的发展， 扫描电子显微镜的分辨 率和图像质量也将得到 进一步提高。同时，新 的探测器和信号处理技 术也将被引入，以提高 图像的信噪比和对比度
高速扫描和实时成像： 为了更好地观察动态过 程和实时变化，扫描电 子显微镜的扫描速度将 得到提高，同时配备更 快的电子束扫描系统和 更灵敏的探测器，实现 高速扫描和实时成像
扫描电子显微镜的应用领域
总之，扫描电子显微镜作为 一种高分辨率的电子显微技 术，在各个领域都有着广泛 的应用前景
随着技术的不断发展和进步， 相信它的应用领域将会越来 越广泛
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扫描电子显微镜的发展趋势
扫描电子显微镜的发展趋势
随着科技的不断发展，扫描电子显微镜也在不断发展和改进，未来将会呈现出以下发展趋 势
材料科学：材料科学领域 需要对金属、陶瓷、聚合 物等材料的结构和性能进 行研究。扫描电子显微镜 能够提供高分辨率和高对 比度的图像，帮助研究人 员了解材料的微观结构和 性能之间的关系
扫描电子显微镜的应用前景
总之，扫描电子显微镜作为一种高分辨率的电 子显微技术，在各个领域都有着广泛的应用前
景
随着技术的不断发展和进步，相信它的应用领 域将会越来越广泛，为科学研究和技术创新做
扫描电子显微镜 原理
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）利用
电子束与样品交互作用来获取样品表面形貌和成分信息。
其工作原理涉及电子束的发射、聚焦、扫描以及信号的检测和放大。
首先，SEM内部的电子枪会通过电子发射材料（如钨丝）发
射出电子束。
然后，用来加速电子束的电场将其加速至高能，通常为几千至几十万电子伏。
电子束通过一系列电磁透镜进行聚焦，以减小电子束的直径。
接下来，样品被放置在一个可移动的样品台上。
样品通常需要被涂覆上导电性物质，以允许电子束在其表面上散射并与样品相互作用。
一旦样品准备完毕，样品台会移动，将其表面逐点扫描，使电子束与样品表面不断交互。
当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子与样品原子之间的散射、逸出二次电子的产生以及不同能量的电子的反射。
这些过程产生的不同信号可用于分析样品的特征。
SEM内部的倍增器可以检测到被散射的电子或逸出二次电子。
这些信号会被转化为电信号并放大。
然后，电子信号会根据扫描的位置被编码并通过计算机或图像处理器进行处理。
最终，这些处理后的信号将被转化为图像，在显微镜显示器上呈现给操作者。
通过调整SEM的操作参数，如电子束的能量、聚焦以及扫描
参数，可以得到不同分辨率和深度的样品图像。
SEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
012扫描电子显微镜操作规程
012扫描电子显微镜操作规程扫描电子显微镜（SEM）是一种非常强大的显微镜，可以提供高分辨率的表面图像。
为了确保SEM的正确操作和保持仪器的性能，以下是SEM 的操作规程：1.准备工作-首先，检查SEM仪器，确保所有部件都正常工作，并且真空系统正常工作。
-打开SEM软件，并设置所需的参数，例如加速电压、工作距离、探测器类型等。
-准备样品，确保样品是干燥的，卫星，引线等应该被裁剪掉，以免影响SEM的像质。
2.开始操作-打开真空系统，等待真空度达到所需的数值。
-将样品安装在样品台上，并用导电胶或导电碳粉将样品固定在样品台上。
-将样品台放入SEM仪器，然后封闭仪器的门，开始真空抽气。
-在真空达到所需数值后，调整加速电压和工作距离，直到获得清晰的图像。
-调整探测器和信号放大器以获得最佳的信号对噪声比。
-通过移动样品台或调整光斑位置来选择不同的观察区域。
3.结束操作-在使用完SEM后，关闭真空系统，并将所有参数恢复到默认设置。
-将样品台从SEM仪器中取出，并将样品从样品台上取下。
-清洁样品台和SEM仪器，确保仪器干净并存放在适当的位置上。
-记录SEM操作的所有参数和图像，以备后续分析和比较。
4.安全注意事项-在使用SEM时，应穿戴适当的个人防护装备，如实验服、手套和护目镜。
-不要在不了解SEM仪器操作规程的情况下使用SEM，以免造成设备损坏或人身伤害。
-在使用SEM时，不要将手指或其他物体放入SEM仪器中，以免危及人身安全。
总之，正确操作SEM仪器是非常重要的，不仅可以确保SEM仪器的正常运行，还可以获得高质量的表面图像。
遵循以上SEM操作规程并注意安全事项，可以提高SEM操作的效率和安全性。
扫描电子显微镜
2023-11-08
目录
• 扫描电子显微镜简介 • 扫描电镜的结构与原理 • 扫描电镜的操作流程 • 扫描电镜的图像特点与解析 • 扫描电镜的最新发展与应用 • 扫描电镜的维护与保养
01
扫描电子显微镜简介
定义与原理
定义
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面，通过检测样 品发射的次级电子、反射电子等获取表面微观结构信息的电子显微镜。
03
扫描电镜的操作流程
样品的制备
样品选择
选择具有代表性的样品，考虑 其大小、形状、成分和稳定性 等因素，以确保能够准确反映
所需观察的细节。
样品处理
对样品进行预处理，如清洗、干燥 、研磨等，以去除可能干扰观察的 杂质或水分，并确保样品表面平整 、干净。
涂覆导电层
对于非导电样品，需要在其表面涂 覆一层薄而均匀的导电层，如金属 或碳膜，以避免电荷积累和图像畸 变。
扫描控制器
扫描控制器是用来控制扫描线圈的装置，通常由计算机或专 用控制器实现，通过控制线圈电流的幅度和频率来实现电子 束的扫描。
成像系统
信号收集系统
信号收集系统是用来收集样品表面产生的次级电子、反射电子和透射电子等信号 的装置，通常由多个探测器和信号处理电路组成。
成像显示器
成像显示器是用来显示扫描电镜观察到的图像的装置，通常由计算机和高分辨率 显示器实现，通过将收集到的信号转换成图像数据并显示出来，实现样品的可视 化观察。
扫描电镜的图像解析
01
02
03
表面形貌
通过观察样品的表面形貌 ，可以了解样品的粗糙度 、颗粒大小等信息。
扫描电子显微镜细心合理的设计 扫描电子显微镜维护和修理保养
扫描电子显微镜细心合理的设计扫描电子显微镜维护和修理保养扫描电子显微镜细心合理的设计扫描电子显微镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运输到显像管，在荧光屏上显示物体。
（细胞、组织）表面的立体构像，可摄制成照片。
扫描电子显微镜样品用戊二醛和饿酸等固定，经脱水和临界点干燥后，再於样品表面喷镀薄层金膜，以加添二波电子数，扫描电镜样品用戊二醛和饿酸等固定，经脱水和临界点干燥后，再于样品表面喷镀薄层金膜，以加添二波电子数。
扫描电子显微镜能察看较大的组织表面结构，由於它的景深长，1mm左右的凹凸不平面能清所成像，故放样品图像富有立体感。
扫描电镜能察看较大的组织表面结构，由于它的景深长，1mm左右的凹凸不平面能清所成像，故放样品图像富有立体感。
扫描电子显微镜自动定性分析是依据能量位置来确定峰位，直接单击"操作/定性分析"按钮，即可实现自动定性分析，在谱的每个峰的位置显示出相应的元素符号。
扫描电子显微镜优点是识别速度快，但由于能谱谱峰重叠干扰严重，自动识别极易出错，比如把某元素的L系误识别为另一元素的K系，这是它的缺点。
为此分析者在仪器自动定性分析过程结束后，还必需对识别错了的元素用手动定性分析进行修正。
所以虽然有自动定性分析程序，但对分析者来说，具有确定的定性分析技术实在是必不可少的。
扫描电子显微镜是通过X射线强度来取得构成样品材料的各种元素的浓度，依据实际情况，人们寻求并提出了测量未知样品和标样的强度比方法，再把强度比经过定量修正换算呈浓度比。
扫描电子显微镜两种定量分析方法：无标样定量分析法和有标样定量分析析法。
电子束只打到试样上一点，得到这一点的X射线谱的分析方法是点分析方法。
与此不同的是，用扫描像察看装置，使电子束在试样上做二维扫描，测量特征X射线的强度，使与这个强度对应的亮度变化与扫描信号同步在阴极射线管上显示出来，就得到特征X射线强度的二维分布的像。
扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope)基础知识 (2005-11-26)
扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope)基础知识一、扫描电子显微镜的工作原理扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。
试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。
其中二次电子是最主要的成像信号。
由电子枪发射的能量为5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。
聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。
二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
二、扫描电镜具有以下的特点(1) 可以观察直径为0 ～30mm的大块试样(在半导体工业可以观察更大直径)，制样方法简单。
(2) 场深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
(3) 放大倍数变化范围大，一般为15 ～200000 倍，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
(4) 具有相当高的分辨率，一般为3.5 ～6nm。
(5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。
采用双放大倍数装置或图像选择器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不同形式的图像。
(6) 可进行多种功能的分析。
与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行阴极荧光光谱分析等。
(7) 可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
三、扫描电镜的主要结构1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。
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Optical Microscope VS SEM
2. 电子束与固体样品作用时产生的信号
2.1 弹性散射和非弹性散射 2.2 电子显微镜常用的信号 2.3 各种信号的深度和区域大小
2.1 弹性散射和非弹性散射
当一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于受到固 体物质中晶格位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发 生改变，这种现象称为散射。 （1）弹性散射。如果在散射过程中入射电子只改变方向， 但其总动能基本上无变化，则这种散射称为弹性散射。弹 性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、 取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的 结构。 （2）非弹性散射。如果在散射过程中入射电子的方向和动 能都发生改变，则这种散射称为非弹性散射。在非弹性散 射情况下，入射电子会损失一部分能量，并伴有各种信息 的产生。非弹性散射电子：损失了部分能量，方向也有微 小变化。用于电子能量损失谱，提供成分和化学信息。也 能用于特殊成像或衍射模式。
5. 扫描电镜衬度像
二次电子像 背散射电子像 x射线元素分布图。
5.1 二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。 因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
两种图像的对比
锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像
背散射电子像的获得
•对有些既要进行形貌观察又要进行成分分析的样品，将左右两个检测器各自得到的电 信号进行电路上的加减处理，便能得到单一信息。 •对于原子序数信息来说，进入左右两个检测器的信号，其大小和极性相同，而对于形 貌信息，两个检测器得到的信号绝对值相同，其极性恰恰相反。 •将检测器得到的信号相加，能得到反映样品原子序数的信息；相减能得到形貌信息。
二次电子像
（a）陶瓷烧结体的表面图像（b）多孔硅的剖面图
5.2 背散射电子像
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。 1. 形貌衬度 用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率元比二次电子低。 因为背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射电子能 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电子，而掩盖了许多有用的细节。 2. 成分衬度 ln z 1 背散射电子发射系数可表示为 6 4 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。 背反射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。
扫描电子显微镜
第三章 扫描电子显微镜
1. 扫描电镜的优点 2. 电子束与固体样品作用时产生的信号 3. 扫描电镜的工作原理 4. 扫描电镜的构造 5. 扫描电镜衬度像 二次电子像 背散射电子像 6. 扫描电镜的主要性能 7. 样品制备 8. 应用举例
1. 扫描电镜的优点
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，现代先进的扫描电镜的分辨率已 经达到1纳米左右。 有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调； 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表面的细微结构 试样制备简单。 配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织 性貌的观察和微区成分分析。
SEM中的三种主要信号
背散射电子：入射电子在样品中经散射后再从 上表面射出来的电子。反映样品表面不同取向、 不同平均原子量的区域差别。 二次电子：由样品中原子外壳层释放出来，在 扫描电子显微术中反映样品上表面的形貌特征。 X射线：入射电子在样品原子激发内层电子后 外层电子跃迁至内层时发出的光子。
衍射和显微技术部分。
2.3 各种信号的深度和区域大小
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 采集的信号。这是因为各种信号的能 量不同，样品对，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。
3. 扫描电镜的工作原理
扫描电镜的工作原理 可以简单地归纳为 “光栅扫描，逐点成 像”。 扫描电镜图像的放大 倍数定义为 M=L/l
L显象管的荧光屏尺寸；l电 子束在试样上扫描距离。
4. 扫描电子显微镜的构造
电子光学系统 信号收集及显示系统 真空系统和电源系统
电子光学系统
由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。 其作用是用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。为了获得较高的信号强 度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径
SEM中的三种主要信号
其他信号
俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后外层 电子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外 层电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介
绍见本书第三篇第十三章俄歇电子能谱部分。
透射电子 :电子穿透样品的部分。这些电子携带着被 样品吸收、衍射的信息，用于透射电镜的明场像和透 射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的 形貌特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子
电子枪
信号收集及显示系统
检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系 统的调制信号。普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体，光导管和光电倍 增器所组成
真空系统和电源系统
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104-10-5Torr的真空度。 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镜各部分所需的电源。
背散射电子探头采集的成分像（a）和形貌像（b）
6. 扫描电子显微镜的主要性能