扫描电子显微镜SEM
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表5-1 各种信号成象的分辨本领
信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 透射电子 感应电动势 阴极荧光 X射线 俄歇电子
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分辨率(nm) 5~10 50~200 100~1000 0.5~10 300~1000 300~1000 100~1000 5~10 HPU-LQ
发射深度(nm) 5~50 100~1000
500~5000 0.5~2
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扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察
的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描 电镜的景深最大，对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
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二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，
它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能 量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变 化不明显，主要决定于表面形貌。
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二、背散射电子
是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电
子，它来自样品表层 0.1~1m 深度范围，其能 量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原 子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子 作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来 显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。
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由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同
步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各 点激发出来的电子信号强度来调制的，即由试 样上任一点所收集来的信号强度与显象管荧光 屏上相应点亮度是一一对应的。 通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散 射电子象。
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三、透射电子
当样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电
子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能 量。
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四、吸收电子
残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间
接入一个高灵敏度的电流表，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。
变为放大的电信号，并在显象管荧光屏上或X －Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功 能。
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第二节 扫描电镜结构原理
结构组成 扫描电镜与透射电镜 的主要区别 成象原理
ห้องสมุดไป่ตู้
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一、结构组成
组成：电子光学系统、信号接受处理显示系统、
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第三节 主要性能指标
分辨本领与景深 放大倍数及有效放大倍数 主要仪器
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一、分辨本领与景深
扫描电镜的分辨本领有两重含义：
对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域； 对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直 径，因为入射电子束与试样相互作用会使入射电子 束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径， 如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不 同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。
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七、阴极荧光
入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激
发出来的可见光或红外光。
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八、感应电动势
入射电子束照射半导体器件的 PN结时，将产生
由于电子束照射而引起的电动势.。
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上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转
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第一节 电子束与固体样品相互作用
如图，当高能电子束轰 击样品表面时，由于入 射电子束与样品间的相 互作用，99％以上的入 射电子能量将转变成热 能，其余约1％的入射电 子能量，将从样品中激 发出各种有用的信息， 它们包括：
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一、二次电子
主要优点：放大倍数大、制样方便、分辨率高、景深 大等 目前广泛应用于材料、生物等研究领域 扫描电子显微镜的成象原理和光学显微镜、透射电子 显微镜均不同，它不是以透镜放大成象，而是以类似 电视摄影显象的方式、用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发产生的某些物理信号来调制成象，近年扫描 电镜多与波谱仪、能谱仪等组合构成用途广泛的多功 能仪器。
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三、成象原理
在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过 三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20m的电子 束。末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是 一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表 面上作光栅状扫描。 试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度 取决于试样表面的形貌、受激区域的成份和晶体取向， 置于试样附近的探测器和试样接地之间的高灵敏毫微 安计把激发出来的电子信号接收下来，经信号处理放 大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。
供电系统、真空系统。 结构原理图如图。
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二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜， 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象； 扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象 过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜 体外显象管上显示。
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五、俄歇电子
从距样品表面几个 Å深度范围内发射的并具有
特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过
程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。
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表5-1 各种信号成象的分辨本领
信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 透射电子 感应电动势 阴极荧光 X射线 俄歇电子
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分辨率(nm) 5~10 50~200 100~1000 0.5~10 300~1000 300~1000 100~1000 5~10 HPU-LQ
发射深度(nm) 5~50 100~1000
500~5000 0.5~2
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扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察
的程度。在电子显微镜和光学显微镜中，扫描 电镜的景深最大，对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
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二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，
它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能 量为0～50eV，二次电子产额随原子序数的变 化不明显，主要决定于表面形貌。
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二、背散射电子
是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电
子，它来自样品表层 0.1~1m 深度范围，其能 量近似于入射电子能量，背散射电子产额随原 子序数的增加而增加，如图。利用背散射电子 作为成象信号不仅能分析形貌特征，也可用来 显示原子序数衬度，定性地进行成份分析。
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由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同
步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各 点激发出来的电子信号强度来调制的，即由试 样上任一点所收集来的信号强度与显象管荧光 屏上相应点亮度是一一对应的。 通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散 射电子象。
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三、透射电子
当样品足够薄时(0.1m)，透过样品的入射电
子即为透射电子，其能量近似于入射电子的能 量。
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四、吸收电子
残存在样品中的入射电子。若在样品和地之间
接入一个高灵敏度的电流表，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。
变为放大的电信号，并在显象管荧光屏上或X －Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功 能。
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第二节 扫描电镜结构原理
结构组成 扫描电镜与透射电镜 的主要区别 成象原理
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一、结构组成
组成：电子光学系统、信号接受处理显示系统、
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第三节 主要性能指标
分辨本领与景深 放大倍数及有效放大倍数 主要仪器
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一、分辨本领与景深
扫描电镜的分辨本领有两重含义：
对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域； 对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直 径，因为入射电子束与试样相互作用会使入射电子 束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径， 如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不 同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。
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七、阴极荧光
入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激
发出来的可见光或红外光。
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八、感应电动势
入射电子束照射半导体器件的 PN结时，将产生
由于电子束照射而引起的电动势.。
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上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转
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第一节 电子束与固体样品相互作用
如图，当高能电子束轰 击样品表面时，由于入 射电子束与样品间的相 互作用，99％以上的入 射电子能量将转变成热 能，其余约1％的入射电 子能量，将从样品中激 发出各种有用的信息， 它们包括：
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一、二次电子
主要优点：放大倍数大、制样方便、分辨率高、景深 大等 目前广泛应用于材料、生物等研究领域 扫描电子显微镜的成象原理和光学显微镜、透射电子 显微镜均不同，它不是以透镜放大成象，而是以类似 电视摄影显象的方式、用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发产生的某些物理信号来调制成象，近年扫描 电镜多与波谱仪、能谱仪等组合构成用途广泛的多功 能仪器。
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三、成象原理
在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过 三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20m的电子 束。末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是 一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表 面上作光栅状扫描。 试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度 取决于试样表面的形貌、受激区域的成份和晶体取向， 置于试样附近的探测器和试样接地之间的高灵敏毫微 安计把激发出来的电子信号接收下来，经信号处理放 大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。
供电系统、真空系统。 结构原理图如图。
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二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜， 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象，并一次成象； 扫描电镜的成象不需要成象透镜，它类似于电视显象 过程，其图象按一定时间空间顺序逐点形成，并在镜 体外显象管上显示。
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五、俄歇电子
从距样品表面几个 Å深度范围内发射的并具有
特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过
程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。