扫描电镜PPT课件
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扫描电子显微镜ppt课件
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、拉伸等试验， 以便研究材料的动态组织及性能。
二、信号的收集和图像显示系 统
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 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，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
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 电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。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，电流信号经视频放大器放大 后就成为调制信号。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于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 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 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就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。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此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,使之失去了具有持征能量的特点.
二、信号的收集和图像显示系 统
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 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，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
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 电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。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，电流信号经视频放大器放大 后就成为调制信号。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于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 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 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就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。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此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,使之失去了具有持征能量的特点.
1扫描电镜SEMPPT课件
减速模式
减速模式提高分辨率，减小样品损伤，消除核电效应， 各种信息对表面更为敏感。
能谱
特征X射线的产生是由入射电子激发元素内层电子而 发生的。即内壳层电子被轰击后跳到比费米能级高的能 级上，电子轨道内出现的空位被外层轨道的电子填入时， 放出的能量就是特征X 射线。高能级的电子落入空位时， 要遵从所谓的选择规则（selection rule），只允许满足轨 道量子数l的变化Δl＝±1 的特定跃迁。特征X 射线具有 元素固有的能量。所以，将它们展开成能谱后，根据它 的能量值就可以确定元素的种类，而且根据谱的强度分 析就可以确定其含量。
扫描电镜样品室空间较大，进行 较全面的原位分析，放大倍数连 续调节范围大，景深长，分辨本 领较高
分析中心扫描电镜发展
扫描电子显微镜结构、原理
1 2
3
SEM结构
扫描电子显微镜结构、工作原理
电子枪
热发射电子枪
场发射电子枪
灯
丝
优于
决
定因素：Fra bibliotek磁透镜
旋转对称的磁场对电子束有聚焦作用，能使电子束聚焦 成像。产生这种旋转对称非均匀磁场的线圈装置就是磁透镜.
背散射电子衬度
如果试样表面存在不均 匀的元素分布，则平均原子 序数较大的区域将产生强的 被散射电子信号，因而在被 散射电子像上显示出较亮的 衬度；反之平均原子序数较 小的区域在被散射电子像上 是暗区。因此，根据被散射 电子像的亮暗程度，可判别 出相应区域的原子序数的相 对大小，由此可对金属及合 金的显微组织进行成分分析。
低真空（Helix探头）
Helix探测技术将浸入式透镜和低真空扫描电镜两种技术 成功地组合在一起，在带来超高分辨率的同时，还能在低真 空环境下有效地抑制非导电材料的电荷积累效应。
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。
第4页/共36页
Optical Microscope VS SEM
第1页/共36页
第2页/共36页
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
第3页/共36页
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，
第33页/共36页
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。
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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
扫描电镜第三章PPT课件
散器及物镜光阑； • 设计时焦距应尽可能短。
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扫描系统：
组成：由扫描信号发生器、两组偏转线圈、衰 减网络等电子线路组成。 使电子束偏转，在样品上作光栅状扫描
作用
改变电子束在样品表面扫描振幅， 以获得不同放大倍数的图像
保证电子束在样品上的扫描与显 示系统中的电子束在荧光屏上的 扫描保持同步。
第18页/共83页
• 样品室四壁应有多个备用窗口，安装电子检测器，安装其他监 测器和谱仪，以便进行综合性研究；
•在试样台中，试样能进行拉伸、压缩、弯曲、加热、深冷等， 以便研究一些动力学过程；
• 要考虑X-ray通道
第19页/共83页
2）、样品台 拉伸台、加热台、冷冻台、低温台等。
第20页/共83页
在最佳焦点上下方某个距离内，电子束宽化到重叠两个像 素，产生明显离焦，这个距离称为景深。
第46页/共83页
∵当电子束重叠一个以上像素时， 图像模糊
D ≈ 2r/ α= 0.1/ αM
∴在电子束斑尺寸一定时，减小
孔径角 或减小放大倍率均可增
加景深。
减小孔径角：α=R/WD
R：末级光阑尺寸 D：工作距离
• 试样导电、导热、稳定 。
第58页/共83页
不导电试样的特点
• 不导电试样或者导电性差的试样，例如无机 非金属材料、有机材料、矿物及生物材料等， 在常规EPMA、SEM分析条件下，由于电荷 积累而产生放电现象、也称荷电（由于缺少 足够的对地导电途径，当试样受电子束轰击 时其表面发生电荷积累的现象）。在分析有 荷电的试样时，无法确定分析点，分析点会 随时间变化；吸收电流减小，无法定量分析； 降低了有效加速电压；图像质量差，或者无 法成像等。
第10页/共83页
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扫描系统：
组成：由扫描信号发生器、两组偏转线圈、衰 减网络等电子线路组成。 使电子束偏转，在样品上作光栅状扫描
作用
改变电子束在样品表面扫描振幅， 以获得不同放大倍数的图像
保证电子束在样品上的扫描与显 示系统中的电子束在荧光屏上的 扫描保持同步。
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• 样品室四壁应有多个备用窗口，安装电子检测器，安装其他监 测器和谱仪，以便进行综合性研究；
•在试样台中，试样能进行拉伸、压缩、弯曲、加热、深冷等， 以便研究一些动力学过程；
• 要考虑X-ray通道
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2）、样品台 拉伸台、加热台、冷冻台、低温台等。
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在最佳焦点上下方某个距离内，电子束宽化到重叠两个像 素，产生明显离焦，这个距离称为景深。
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∵当电子束重叠一个以上像素时， 图像模糊
D ≈ 2r/ α= 0.1/ αM
∴在电子束斑尺寸一定时，减小
孔径角 或减小放大倍率均可增
加景深。
减小孔径角：α=R/WD
R：末级光阑尺寸 D：工作距离
• 试样导电、导热、稳定 。
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不导电试样的特点
• 不导电试样或者导电性差的试样，例如无机 非金属材料、有机材料、矿物及生物材料等， 在常规EPMA、SEM分析条件下，由于电荷 积累而产生放电现象、也称荷电（由于缺少 足够的对地导电途径，当试样受电子束轰击 时其表面发生电荷积累的现象）。在分析有 荷电的试样时，无法确定分析点，分析点会 随时间变化；吸收电流减小，无法定量分析； 降低了有效加速电压；图像质量差，或者无 法成像等。
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扫描电镜分析简介 ppt课件
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扫描电镜的主要性能
放大倍数 分辨率 景深
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扫描电镜的主要性能
放大倍数
M=AC/AS
式中AC是荧光屏上图像的边长， AS是电子束在样品 上的扫描振幅。
目前大多数商品扫描电镜放大倍数为20-20000倍，介 于光学显微镜和透射电镜之间。
分辨率
对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对 成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
扫描电镜显微分析简介
ppt课件
1
扫描电子显微镜
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2
扫描电子显微镜
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3
扫描电镜显微分析简介
概况 扫描电镜的优点 扫描电镜成像的物理信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜的构造 扫描电镜的主要性能 显微镜简称扫描电镜，英文缩 写：SEM。为适应不同要求，在扫描电镜 上安装上多种专用附件，实现一机多用， 使扫描电镜成为同时具有透射电子显微镜 （TEM）、电子探针X射线显微分析仪 （EPMA）、电子衍射仪（ED）等多种功 能的一种直观、快速、综合的表面分析仪 器。
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜成像与电视显象相似。扫描电镜图像按一定时间 空间顺序逐点扫描形成，并在镜体外显像管荧光屏幕上显 示出来。
由电子枪发射的能量达30keV的电子束，经会聚透镜和物 镜缩小聚焦，在试样表面形成具有一定能量、一定强度、 极小的点状电子束。在扫描线圈磁场作用下，电子束在试 样表面上按一定的时间、空间顺序作光栅式逐点扫描。
ppt课件
10
扫 描 电 镜 成
像
示
意
图
ppt课件
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜分析 ppt课件
4
二 材料涂层表面、切面进行分析
表面分析是指对材料的表面特性和表面现象进行 观察分析、测量的方法和技术，是扫描电镜最基本、 最普遍的用途。通常用二次电子成像，来观察样品表 面的微观结构、化学组成等情况。
5
图2. 1500倍率下陶瓷膜层的表面形貌照片
从图2可以看出陶瓷膜层的组织是均匀的,但含有一 定数量的孔洞(图片上的黑孔处为孔洞)。这些孔洞是膜 层迅速烧结后残留下来的,它们所处的位置就是成膜过程 中能量密度的集中区。
对比图（a）,图1(b)用60%硫 酸酸浸提纯的硅藻土很大程度地清 理了硅藻面孔道，使硅藻壳体大部 分的孔结构显露出来，并且非常完 整地保护了硅藻壳体，硅藻土的比 表面积和孔体积增大较大。而硅藻 土的调湿性能正是由其独特的孔隙 结构所赋予的，所以酸浸提纯这一 操作很是关键。
15
硅藻土基调湿材料的形貌分析
陶瓷膜由过渡层、致密层和疏松层组成。过渡层为 膜层与基体的交界面,膜层与基体犬牙交错,形成微区冶 金结合;中间为无气孔和其它缺陷的致密层;致密层外侧 是疏松层,层中存在许多孔洞及其它缺陷。
8
图5a.膨胀石墨外观的SEM图
图5b.膨胀石墨表面孔隙结构SEM图
膨胀石墨的外观如蠕虫状,由许多粘连、叠合的石墨鳞 片构成,片间有许多蜂窝状的微细孔隙.其微片厚度大致在 100～300 nm之间,孔隙的尺寸在10-3～10 nm之间。
13
硅藻土原料与纯化硅藻土的表面形貌分析
图（a）为硅藻原土的SEM 图，从图中我们可以清晰的看 到原土硅藻壳体表面所覆盖的 大量的碎屑、炭质、粘土矿物 等杂质，壳体几乎被杂质所覆 盖和填充，还出现了孔洞塌陷 等现象，可以说几乎看不到清 晰的硅藻壳面的多孔结构。
（a）硅藻原土SEM图
二 材料涂层表面、切面进行分析
表面分析是指对材料的表面特性和表面现象进行 观察分析、测量的方法和技术，是扫描电镜最基本、 最普遍的用途。通常用二次电子成像，来观察样品表 面的微观结构、化学组成等情况。
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图2. 1500倍率下陶瓷膜层的表面形貌照片
从图2可以看出陶瓷膜层的组织是均匀的,但含有一 定数量的孔洞(图片上的黑孔处为孔洞)。这些孔洞是膜 层迅速烧结后残留下来的,它们所处的位置就是成膜过程 中能量密度的集中区。
对比图（a）,图1(b)用60%硫 酸酸浸提纯的硅藻土很大程度地清 理了硅藻面孔道，使硅藻壳体大部 分的孔结构显露出来，并且非常完 整地保护了硅藻壳体，硅藻土的比 表面积和孔体积增大较大。而硅藻 土的调湿性能正是由其独特的孔隙 结构所赋予的，所以酸浸提纯这一 操作很是关键。
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硅藻土基调湿材料的形貌分析
陶瓷膜由过渡层、致密层和疏松层组成。过渡层为 膜层与基体的交界面,膜层与基体犬牙交错,形成微区冶 金结合;中间为无气孔和其它缺陷的致密层;致密层外侧 是疏松层,层中存在许多孔洞及其它缺陷。
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图5a.膨胀石墨外观的SEM图
图5b.膨胀石墨表面孔隙结构SEM图
膨胀石墨的外观如蠕虫状,由许多粘连、叠合的石墨鳞 片构成,片间有许多蜂窝状的微细孔隙.其微片厚度大致在 100～300 nm之间,孔隙的尺寸在10-3～10 nm之间。
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硅藻土原料与纯化硅藻土的表面形貌分析
图（a）为硅藻原土的SEM 图，从图中我们可以清晰的看 到原土硅藻壳体表面所覆盖的 大量的碎屑、炭质、粘土矿物 等杂质，壳体几乎被杂质所覆 盖和填充，还出现了孔洞塌陷 等现象，可以说几乎看不到清 晰的硅藻壳面的多孔结构。
（a）硅藻原土SEM图
《扫描电镜SE》课件
纳米颗粒
利用SE可以观察纳米颗粒的形 貌和分布情况，有助于纳米材 料的研究和应用。
材料表面特征
SE可以显示材料表面的粗糙度、 晶格形貌等特征，为材料科学 研究提供重要信息。
SE的基本操作步骤
1
样品准备
选择合适的样品，进行表面清洁和真空处理，确保获取高质量的图像。
2
电子束设置
根据样品特性和实验需求，调整电子束的加速电压、聚焦和光阑等参数。
3
扫描模式选择
根据实验目的选择适当的扫描模式，如逐行扫描或随机扫描。
4
图像获取
使用探测器捕捉次级电子，通过图像系统进行处理和显示，得到样品表面的高分辨率 图像。
SE的发展和展望
随着技术的进步，扫描电镜SE不断发展，分辨率不断提高，功能不断增强， 将为更多领域的研究和应用提供更好的工具和支持。
《扫描电镜SE》PPT课件
扫描电镜SE是一种高分辨率显微镜，通过聚焦电子束扫描样品表面并获取图 像，透视微观结构及其细节。
什么是扫描电镜SE
扫描电镜SE是一种显微镜，使用电子束代替光束，能够实现更高分辨率的图像获取，从而观察物质的 微观结构。
SE的工作原理
SE使用高能电子束扫描样品表面，样品会因电子束的相互作用而发射出次级电子，这些次级电子被探描电镜SE广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域，可用于研究纳 米级结构、微生物形态、材料表面特征等。
SE的优势和不足
扫描电镜SE具有高分辨率、大深度和强对比度等优势，但操作复杂、成本高， 且仅能观察表面形貌，不能获取物质的内部结构。
SE的图像效果示例
微生物细胞
通过SE能够观察微生物细胞的 形态和结构，揭示微生物的奥 秘。
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。
ppt课件
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。
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。
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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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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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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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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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SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
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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。
SEM扫描电子显微镜课件
扫描电镜结构原理框图
扫描电镜结构 电子光学系统， 信号收集处理、图 像显示和记录系统， 真空系统， 三部分组成
扫描电镜结构原理
１、电子光学系统： 电子枪 电磁透镜（２个强磁１个弱磁）可使原来50μm电子束斑聚焦为6nm。 扫描线圈 样品室
电子束的滴状作用体积示意图
不同能量的电子束在样品中的作用模拟图
电子束在不同样品中的作用模拟图
但是，当电子束射入重元素样品中时，作用体积不呈滴状，而是半球状。电子束进入表面后立即向横向扩展，因此在分析重元素时，即使电子束的束斑很细小，也不能达到较高的分辨率。此时，二次电子的分辨率和背散射电子的分辨宰之间的差距明显变小。 由此可见，在其它条件相同的情况下(如信号噪音比、磁场条件及机械振动等)，电子束的束斑大小、检测信号的类型以及检测部位的原子序数是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素。
五、特征Ｘ射线 当样品原子的内层电子被入射电子激发，原子就会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补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的Ｘ射线释放出来。 用Ｘ射线探测器测到样品微区中存在一种特征波长，就可以判定这个微区中存在着相应的元素。
六、俄歇电子 在特征x射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另—个电子发射出去，这个被电离出来的电子称为～。 俄歇电子能量各有特征值，能量很低，一般为50-1500eV. 俄歇电子的平均白由程很小(1nm左右). 只有在距离表面层1nm左右范围内(即几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具备特征能量，因此俄歇电子特别适用于表面层的成分分析。
由于ZrO2相平均原子序数远高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石－斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。
扫描电镜课件
FEI公司 Quanta 200 Quanta 200FEG Quanta 400 Quanta 400FEG Quanta 400HV Quanta 600 Quanta 600FEG Quanta 200HV Sirion 200 Sirion 400 Sirion NC
HITACHI公司 X-450 X-570 X-650 S-2380
扫描电镜的构造
扫描电镜由六个系统组成
(1) 电子光学系统（镜筒） (2) 扫描系统 (3) 信号收集系统 (4) 图像显示和记录系统 (5) 真空系统 (6) 电源系统
(1)电子光学系统（镜筒）
由电子枪、聚光镜、物镜和样品室等部件组成。 它的作用是将来自电子枪的电子束聚焦成亮度高、直 径小的入射束(直径一般为10nm或更小)来轰击样品， 使样品产生各种物理信号。
扫描电镜 SEM
SEM的特点
扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描， 与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、 放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面 各种特征的图像。
扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、 连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点， 是进行样品表面研究的有效分析工具。 扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约 在 1～50kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择， 最常用的加速电压约在 20kV 左右。
扫描电镜
SEM主要生产厂家及性能
目前扫描电镜已在各方面得到广泛应用，包括材 料科学、地质、化工、生物和医学等。世界各国有 不少工厂能生产电镜，例如英国剑桥科学仪器公司 （CamScan 系列）、美国(FEI) Philips公司、日本 的HITACHI和JEOL公司等都不断推出各种型号的扫描 电镜。联邦德国Opton公司率先在国际市场上提供了 第一台完全数字式的扫描电镜——DSM 950。此外， 美国、捷克等国也都生产扫描电镜。我国也已有生 产扫描电镜的多年历史。
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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当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次 电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)
背散射电子是发射电子被样品弹性碰撞弹 回来的,所以原子序数大的原子越大,弹性碰撞 的概率越大,所以原子序数大的背散射电子强 度的大；二次电子是从样品表面发射的电子, 跟原子序数没关系,跟样品的表面形态有关,因 为撞击角度90度是二次电子基本么有,倾斜装 机的二次电子产率就很高了,所以二次电子像 是跟样品观察角度有关的。
Phenom ProX
分辨率 放大倍数
加速电压
8.0nm @30KV SE 20x - 100,000x
1kv - 30kv
优于14nm
20x-130,000x 5kv-15kv（连续 可调）（连续可
调）
光源
自动控制，钨丝阴极，预 对中灯丝
CeB6
KYKY-2800B 4.5nm
15X-250,000X 0.1kV-30kV
有效放大倍数M有效
M有效＝人眼分辨率/SEM分辨率
4
工作距离
从物镜到样品最高点的垂直距离。 如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下 获得更大的场深。 如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况 下获得更高的分辨率。 通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。
像的衬度
表面形貌衬度
原子序数衬度
钨灯丝
真空系统
机械泵+涡轮分子泵+涡轮 分子泵
隔膜泵
机械泵++压缩机
价格
50-100万
50-100万
80万
18
2、国内高校应用：
北京大学
名称
场发射扫 描电镜
环境扫 描电镜
场发射 扫描电
镜
场发射扫 冷场发射 描电镜 扫描电镜
扫描电镜
场发射扫 场发射环境 场发射扫描 高分辨冷场 描电镜 扫描电镜 电镜 扫描电镜
3.0nm 5x~300,000x
0.3kV-30kV
光源
发夹式钨灯丝四级电 子枪单元
钨灯丝 LaB6
预对中钨灯丝
钨灯丝
真空系统 涡轮分子泵
机械泵+涡轮 涡轮分子泵 分子泵+涡轮 隔膜泵+转子泵
分子泵
价格
25万美金以上 20万美金以上 100-150万
17
三种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
COXEM-EM-30
11
12
二次电子像的分辨率高、景深大，为什么？
二次电子运动轨迹
背散射电子运动轨迹
13
13
二、SEM的相关对比 1、SEM原理与TEM的比较 2、同类仪器的比较
14
1、SEM原理与TEM的主要区别：
1） 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的：在扫描线圈产 生的电磁场的作用下，细聚焦电子束在样品表面扫描。
像的衬度：像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。
5
光栅扫描
光栅扫描显示器显示图形时，电子束依照固定的 扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光 屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫 到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固 定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完 成了整个屏幕的扫描。
电镜型号 参数
FEI-Quanta600
EVO-MA15
HITACHI SU1510
JEOLJSMIT300
分辨率 放大倍数
加速电压
1.0 nm 6x–1,000,000x
200 V - 30 kV
2.0 nm
3.0nm
5x-100,000x 5x-300,000x
200v-30kv （连续可调） 0.3kv-30kv （连续可调）
Hitachi S-4800II
JEOL JSM-6610
FEI Quanta650
FEG
应用领域
6
焦深
SEM的焦深是较好光学显微镑的300－600倍。
焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚
焦。
F＝
d 2a
△F——焦深； d ——电子束直径； 2a——物镜的孔径角
7
高低电压应用时优缺点比较
高电压（10 kV以上）
优点
分辨率高
缺点
电子束能量高，穿透样品较深， 得到的不是样品真实的表面信息； 对于不耐电子束的样品如有机材 料造成荷电和 样品漂移，严重影响观察。
低电压(1kV以下)
分辨率低，所以要求电镜的枪有
可以有效地减少对样品的损伤和 足够的亮度以及观察时要减小工
荷电效应，对于不导电的样品可 作距离，甚至把样品升到物镜下
以直接观察
极靴面，使物镜激励增强，焦距
变短，像差减小，以提高分辨率
8
注意
1、观测容易受到热损伤的试样采用低压，缩 短照射时间，凃导电层 2、对于凹凸不平的样品，会存在边缘效应，降 低电压可以抑制入射电子束进入边缘内部 3、电压高，分辨率高，但是要综合考虑电子 束损伤、边缘效应
扫描电子 显微镜
热场发射 扫描电镜
制造商国别 美国 美国 美国 日本 日本 日本 美国
美国
日本
日本
日本
美国
型号
AMRAY 1910FE
FEI Quanta2 00FEG
FEI Nov,aNanoSEM
430
S-4800
Hitachi S-4800
JEOL JSM5600LV
FEI
FEI
JEOL
XL30SFEG Quanta600 JSM-7500F
2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比TEM低；在SEM 中加速电压一般在200V 到50 kV范围内。
3） SEM样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。
15
2、同类产品对比：
美.FEI 德.ZEISS 日.HITACHI 日.JEOL
韩.COXEM 荷.PHENOM 中.KYKY
16
四种扫描电镜主要参数比较
9
2、操作流程
SEM
扫
的描
基 本
电 镜 原
原理
理示
意
图
10
二次电子
背散射电子
如果入射电子撞击样品表面原子5-10nm的外 层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次 电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越 障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能 清晰成像。
二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜 (SEM)的成像。
扫描电镜简单介绍
1
目录
SEM的操作 SEM的相关对比
SEM的应用举例
2
一、SEM的操作 1、参数概念 2、操作流程
3
1、参数概念
分辨率
SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，电子 束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺 寸。相同条件下，电子束直径越小，越得到好的 分辨效果 。
放大倍数
在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在 镜筒中电子束针在试样上最大扫描距离的比值。
背散射电子是发射电子被样品弹性碰撞弹 回来的,所以原子序数大的原子越大,弹性碰撞 的概率越大,所以原子序数大的背散射电子强 度的大；二次电子是从样品表面发射的电子, 跟原子序数没关系,跟样品的表面形态有关,因 为撞击角度90度是二次电子基本么有,倾斜装 机的二次电子产率就很高了,所以二次电子像 是跟样品观察角度有关的。
Phenom ProX
分辨率 放大倍数
加速电压
8.0nm @30KV SE 20x - 100,000x
1kv - 30kv
优于14nm
20x-130,000x 5kv-15kv（连续 可调）（连续可
调）
光源
自动控制，钨丝阴极，预 对中灯丝
CeB6
KYKY-2800B 4.5nm
15X-250,000X 0.1kV-30kV
有效放大倍数M有效
M有效＝人眼分辨率/SEM分辨率
4
工作距离
从物镜到样品最高点的垂直距离。 如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下 获得更大的场深。 如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况 下获得更高的分辨率。 通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。
像的衬度
表面形貌衬度
原子序数衬度
钨灯丝
真空系统
机械泵+涡轮分子泵+涡轮 分子泵
隔膜泵
机械泵++压缩机
价格
50-100万
50-100万
80万
18
2、国内高校应用：
北京大学
名称
场发射扫 描电镜
环境扫 描电镜
场发射 扫描电
镜
场发射扫 冷场发射 描电镜 扫描电镜
扫描电镜
场发射扫 场发射环境 场发射扫描 高分辨冷场 描电镜 扫描电镜 电镜 扫描电镜
3.0nm 5x~300,000x
0.3kV-30kV
光源
发夹式钨灯丝四级电 子枪单元
钨灯丝 LaB6
预对中钨灯丝
钨灯丝
真空系统 涡轮分子泵
机械泵+涡轮 涡轮分子泵 分子泵+涡轮 隔膜泵+转子泵
分子泵
价格
25万美金以上 20万美金以上 100-150万
17
三种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
COXEM-EM-30
11
12
二次电子像的分辨率高、景深大，为什么？
二次电子运动轨迹
背散射电子运动轨迹
13
13
二、SEM的相关对比 1、SEM原理与TEM的比较 2、同类仪器的比较
14
1、SEM原理与TEM的主要区别：
1） 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的：在扫描线圈产 生的电磁场的作用下，细聚焦电子束在样品表面扫描。
像的衬度：像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。
5
光栅扫描
光栅扫描显示器显示图形时，电子束依照固定的 扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光 屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫 到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固 定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完 成了整个屏幕的扫描。
电镜型号 参数
FEI-Quanta600
EVO-MA15
HITACHI SU1510
JEOLJSMIT300
分辨率 放大倍数
加速电压
1.0 nm 6x–1,000,000x
200 V - 30 kV
2.0 nm
3.0nm
5x-100,000x 5x-300,000x
200v-30kv （连续可调） 0.3kv-30kv （连续可调）
Hitachi S-4800II
JEOL JSM-6610
FEI Quanta650
FEG
应用领域
6
焦深
SEM的焦深是较好光学显微镑的300－600倍。
焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚
焦。
F＝
d 2a
△F——焦深； d ——电子束直径； 2a——物镜的孔径角
7
高低电压应用时优缺点比较
高电压（10 kV以上）
优点
分辨率高
缺点
电子束能量高，穿透样品较深， 得到的不是样品真实的表面信息； 对于不耐电子束的样品如有机材 料造成荷电和 样品漂移，严重影响观察。
低电压(1kV以下)
分辨率低，所以要求电镜的枪有
可以有效地减少对样品的损伤和 足够的亮度以及观察时要减小工
荷电效应，对于不导电的样品可 作距离，甚至把样品升到物镜下
以直接观察
极靴面，使物镜激励增强，焦距
变短，像差减小，以提高分辨率
8
注意
1、观测容易受到热损伤的试样采用低压，缩 短照射时间，凃导电层 2、对于凹凸不平的样品，会存在边缘效应，降 低电压可以抑制入射电子束进入边缘内部 3、电压高，分辨率高，但是要综合考虑电子 束损伤、边缘效应
扫描电子 显微镜
热场发射 扫描电镜
制造商国别 美国 美国 美国 日本 日本 日本 美国
美国
日本
日本
日本
美国
型号
AMRAY 1910FE
FEI Quanta2 00FEG
FEI Nov,aNanoSEM
430
S-4800
Hitachi S-4800
JEOL JSM5600LV
FEI
FEI
JEOL
XL30SFEG Quanta600 JSM-7500F
2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比TEM低；在SEM 中加速电压一般在200V 到50 kV范围内。
3） SEM样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。
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2、同类产品对比：
美.FEI 德.ZEISS 日.HITACHI 日.JEOL
韩.COXEM 荷.PHENOM 中.KYKY
16
四种扫描电镜主要参数比较
9
2、操作流程
SEM
扫
的描
基 本
电 镜 原
原理
理示
意
图
10
二次电子
背散射电子
如果入射电子撞击样品表面原子5-10nm的外 层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次 电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越 障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能 清晰成像。
二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜 (SEM)的成像。
扫描电镜简单介绍
1
目录
SEM的操作 SEM的相关对比
SEM的应用举例
2
一、SEM的操作 1、参数概念 2、操作流程
3
1、参数概念
分辨率
SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，电子 束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺 寸。相同条件下，电子束直径越小，越得到好的 分辨效果 。
放大倍数
在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在 镜筒中电子束针在试样上最大扫描距离的比值。