扫描电子显微镜SEM培训资料

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
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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。
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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
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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
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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
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SEM中的三种主要信号
背散射电子：是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)
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。
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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
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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。 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。
入射电子
Auger电子 背散射电子 二次电子 阴极发光 X射线 样 品
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微纳研究中心超净室系列讲座之2
——扫描电子显微镜
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2.3 各种信号的深度和区域大小
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2.1 弹性散射和非弹性散射
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING 电子镜 光源 聚光镜 试样 物镜 聚光镜
试样 物镜 中间象
中间象 目镜
投影镜
毛玻璃 照相底板
观察屏 照相底板
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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。
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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。

1nm，钨灯丝电镜也可达到3-6nm。贝克公式表示： d=0.61/nsin，电子束波长 ＝12.26/V0.5(伏) 有较高的放大倍数(人眼分辨率/仪器分辨率)，20-20W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。
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1. 扫描电镜的优点
高分辨率。现代先进的场发射扫描电镜的分辨率已经达到
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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。
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二次电子像
（a）陶瓷烧结体的表面图像
（b）多孔硅的剖面图
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Optical Microscope VS SEM
之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近于入射电子 能量( E。)。背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加， 所以背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成 样品的各元素平均原子序数有关 二次电子：入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电 子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电 子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称为二次电子。 二次电子仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面，这是 二次电子分辨率高的重要原因之一。 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。
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其他信号
俄歇电子：入射电子在样品原子
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电子枪
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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。
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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10-4-10-5Torr 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。
透射电子
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2.3 各种信号的深度和区域大小
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3. 扫描电镜的工作原理
扫描电镜的工作原理