扫描电镜及能谱培训讲座优秀课件
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扫描电镜培训资料PPT课件
F d0 0.02m m
tgc Mtgc
d0临界分辨本领，c 电子束的入射角
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7. 样品制备
• 扫描电镜的最大优点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，用导电 胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。
• 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 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 碳膜做导电层，膜厚控制在20nm左右。
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。
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Optical Microscope VS SEM
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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
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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，
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8.3 在微电子工业方面的应用
（a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。
第34页/共36页
本章重点
电子束与固体样品作用时产生的信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像
tgc Mtgc
d0临界分辨本领，c 电子束的入射角
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7. 样品制备
• 扫描电镜的最大优点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，用导电 胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。
• 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 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 碳膜做导电层，膜厚控制在20nm左右。
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。
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Optical Microscope VS SEM
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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
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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，
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8.3 在微电子工业方面的应用
（a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。
第34页/共36页
本章重点
电子束与固体样品作用时产生的信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像
扫描电镜(SEM)精品课件-1
扫描电子显微镜
Scanning Electron Microscope（SEM）
Contents
1
绪论
2
电子光学基础
3
入射电子与物质的相互作用
4
扫描电子显微镜的工作原理、构造和性能
5
扫描电子像的衬度效应来源
6
扫描电子显微镜的成分分析技术
第一章 绪 论
Chapter 1 Introduction
Contents
1.2 电子显微镜的类型
Types of Electron Microscope
1.2.1 类型
扫描电子显微镜
scanning electron microscope, SEM
透射电子显微镜
transmission electron microscope，TEM
扫描透射电子显微镜
scanning transmission electron microscope, STEM
1.2.2 扫描电子显微镜
昆虫的扫描电镜照片
1.2.2 扫描电子显微镜
三氧化钼晶体
1.2.2 扫描电子显微镜
树枝状晶体
1.2.3 透射电子显微镜
透射电子显微镜（简称透射电镜）是以波 长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚 焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电 子光学仪器。
1.2.3 透射电子显微镜 透射电镜构造 原理图和光路
1.2.2 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的最有效的 大型精密仪器之一。由于其具备分辨率高、放大倍 数变化范围宽、景深大、立体感强、样品制备简单 等特点，因此广泛地应用于众多的科学研究领域。
1.2.2 扫描电子显微镜
显微镜系统示意图
Scanning Electron Microscope（SEM）
Contents
1
绪论
2
电子光学基础
3
入射电子与物质的相互作用
4
扫描电子显微镜的工作原理、构造和性能
5
扫描电子像的衬度效应来源
6
扫描电子显微镜的成分分析技术
第一章 绪 论
Chapter 1 Introduction
Contents
1.2 电子显微镜的类型
Types of Electron Microscope
1.2.1 类型
扫描电子显微镜
scanning electron microscope, SEM
透射电子显微镜
transmission electron microscope，TEM
扫描透射电子显微镜
scanning transmission electron microscope, STEM
1.2.2 扫描电子显微镜
昆虫的扫描电镜照片
1.2.2 扫描电子显微镜
三氧化钼晶体
1.2.2 扫描电子显微镜
树枝状晶体
1.2.3 透射电子显微镜
透射电子显微镜（简称透射电镜）是以波 长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚 焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电 子光学仪器。
1.2.3 透射电子显微镜 透射电镜构造 原理图和光路
1.2.2 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的最有效的 大型精密仪器之一。由于其具备分辨率高、放大倍 数变化范围宽、景深大、立体感强、样品制备简单 等特点，因此广泛地应用于众多的科学研究领域。
1.2.2 扫描电子显微镜
显微镜系统示意图
sem扫描电镜ppt课件
II. 背散射电子成像：入射电子与样品接触时，其中一部分几乎 不损失能量地在样品表面被弹性散射回来，这部分电子被称 为背散射电子。背散射电子的产额随样品的原子序数的增大 而增加，因此成像可以反映样品 的元素分布，及不同相成分 区域的轮廓。
ppt课件
18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
ppt课件
5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
ppt课件
6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 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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7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
ppt课件
1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
ppt课件
2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
ppt课件
15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
ppt课件
16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
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18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
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5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
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6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 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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7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
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1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
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2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
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15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
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16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
扫描电镜原理-SEM剖析精品PPT课件
能清晰成像。
•
二次电子的强度主要与样品表面形
貌有关。二次电子和背散射电子共同用于扫描
电镜(SEM)的成像。
特征X射 线
如果入射电子把样品表面原子的内层电子撞 出，被激发的空穴由高能级电子填充时，能 量以电磁辐射的形式放出，就产生特征X射线 ，可用于元素分析。
如果入射电子把外层电子打进内层，原
俄歇 子被激发了．为释放能量而电离出次外层电
d 2a
△F——焦深； d ——电子束直径； 2a——物镜的孔径角
衬度
表面形貌衬度
原子序数衬度
衬度
表面形貌衬度
表面形貌衬度主要是样品表面的凹凸(称为表面地 理)决定的。一般情况下，入射电子能从试详表面 下约5nm厚的薄层激发出二次电子。
原子序数衬度
原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背散 射电子、吸收电子、X射线，对微区内原子序数的 差异相当敏感，而二次电子不敏感。
低原子序 Z
高原子序 Z
高加速电压 kV
低加速电压 kV
1. 电子束斑大小基本不能影响分辨率 2. 而加速电压 kV 和平均原子序 Z 则起决定作用。
信号的方向性
SE 信号 – 非直线传播 通过探头前加有正电压的金属网来吸引
BSE 信号 – 直线发散传播 探头需覆盖面积大
X-射线信号 –直线发散传播
样品腔
SEM控制台
样品腔 样品台
OM & SEM
Comparison
显微镜类 型 OM
SEM
照明源 可见光 电子束
照射方式
成像信息
光束在试样上 以静止方式投
射
反射光/投射 光
电子束在试样 上作光栅状扫
描
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透射电镜 电视机的发展
扫描电镜
SEM历史
• 1923年，法国科学家Louis de Broglie发现，波粒二象性。 • 1926年，德国物理学家H·Busch提出了关于电子在磁场中的运动理论。 • 1932年，结合上述两方面的理论，德国柏林工科大学高压实验室的M.Knoll
和E.Ruska研制成功了第1台实验室电子显微镜， • 1933年，E.Ruska用电镜获得了金箔和纤维的1万倍的放大像。 • 1937年，柏林工业大学的Klaus和Mill继承了Ruska的工作，拍出了第1张细
光栅调节 图像摇摆调节杆
工作原理
• 成像原理 • 能谱原理
成像原理
信号的强弱表征衬度
工作原理图
对比光学显微镜的工作原理
你好
信号强弱决定衬度 同步扫描显示结果
扫描电镜能干什么？
能谱原理
L K
O原子核
电子
特征X 射线能级图
能谱原理
不同元素X-ray能量不同
不同电子（层）空位能量不同
特征X 射线能级图
不同弥补电子能量不同 一一对应确定元素
相对强度确定含量
两个有用的名词
• 交互作用区 • 过压比
交互作用区
能告诉我们什么？
• 分辨率。 • 二次电子像和背散射电子像的区别。 • 能谱的微区成分的微区有多大？
加速电压
不同加速电压轰击样品铁块后的电子飞行轨迹模拟
5125k5VkkVV
直直直径径径011..2.065uuu 深深深度度度001..2.850uuu
高压电镜。 • 1970年法国、日本又分别制成3000kV的超高压电镜。 • 扫描电镜作为商品出现则较晚，早在1935年，Kn-oll 在设计透射电镜的同
时，就提出了扫描电镜的原理及设计思想。 • 1940年英国剑桥大学首次试制成功扫描电镜。 • 1965年英国剑桥科学仪器有限公司开始生产商品扫描电镜。 • 80年代后扫描电镜的制造技术和成像性能提高很快，目前高分辨型扫描电
• 选择多大的电压做能谱？例如：重点关 注Pb。
• 同一张能谱里面，哪些元素含量偏大， 那些偏小？
简单的解读
图的解读
背散射电子像的解读
是凸起还是凹下？
能谱结果解读
镜（如日立公司的S-5000型）使用冷场发射电子枪，分辨率已达0.6nm，放 大率达80万倍。
设备的结构
• 光学系统 • 扫描系统 • 信号收集系统 • 图像显示和记录系统 • 真空系统和电源系统
扫描电镜结构示意图
能谱仪
光学系统
分
析
波谱仪
器
样品室
能谱探头 二次电子信号探测器
最高点
极靴 背散射信号探测器
扫描电镜及能谱培 训讲座
扫描电镜室基础培训
• 1设备的构造和工作原理 • 2操作流程简介 • 3安全注意事项
设备的构造和原理
• 设备的结构 • 工作原理 • 通过几个名词来理解DS的检测结果
SEM的诞生背景
波粒二象性
前提
电磁波的普遍存在
D=(0.61λ)/N.A. 光路可变
► 典型的加速电压应该介于最重元素的能量 的 2 倍和最轻元素的能量的 10 ~ 20 倍
例如：我们的能谱， Al的过压比=20/1.48=13.5
低过压比意味着在谱线中产生小的，很差的 激发峰和较差的统计学品质！
► 一般来说选择10倍过压比用于定量分析， 20 倍过压比用于定性分析
知道它有什么用？
原子序数
20kV加速电压轰击不同样品后的电子飞行轨迹模拟
碳铁银CFA6eg2467
直直径径21.4.41uu 深深度度31.5.30uu
表面凸凹
20kV电压轰击不同倾斜铁块后的电子飞行轨迹模拟
037o0水o倾平斜
直直径径110.4.26uu 深深度度110.3.08uu
过压比
► 过压比是指SEM所加的高压与某元素的某 线系之最低激发能之比；EPIC
菌和胶体的照片，获得了25nm的分辨率。 • 1939年，E.Ruska在德国的Siemens公同制成了分辨率优于10nm的第1台商
品电镜，而荣获1986年诺贝尔物理学奖。 • 1944年Philip公司设计了150kV的透射电镜，并首次引入中间镜。 • 1947年法国设计出400kV的高压电镜。60年代初，法国制造出 1500kV的超