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六、SEM的应用 为什么需要足够大电流？
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六、SEM的应用 为什么需要足够大电流？
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六、SEM的应用 为什么不同点间的灰度差就能表征出图像特征？
为什么需要足够大电流？
扫描速度越慢，清晰度越高？
获得高分辨率图像为什么要工作距离小？ 荷电现象的产生？ 为什么采取减速可以提高图像清晰度？
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扫描电子显微造、原理和应用 Scanning Electron Micoscope
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SEM的产生 电子束与固体的相互作用 SEM的工作原理与结构 SEM的特性与优点 名词解释 SEM的应用
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四、名词解释
SEM的相关术语 放大倍数
同步扫描示意图
电子束 样品表面 荧光屏
扫描电镜中的图像放大倍率是所用显示 荧屏中实际成像区域的边长于电子束在 是试样上偏转所扫过同方向距离的长度 之比； 它基本取决于显示器偏转线圈电流与电 镜扫描线圈的电流之比。 一般普及型电镜：20~100,000倍 场发射电镜：20~300,000倍
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一、SEM的产生
1.2 电子显微镜简介
电子束作光源
短波长的电子束作为照明源的 电子显微镜应运而生。
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一、SEM的产生
电子显微镜发展历史
1924年，德布罗意（De Broglie）提出物质波的概念； 1926年，德国的Garbor和Busch发现用铁壳封闭的成轴对称磁场 可以使电子流折射聚焦； 1935年，德国的Knoll提出现代SEM的概念； 1965年，英国剑桥仪器公司生产出第一台商用SEM； 1968年，Knoll研制出场发射电子枪； 1975年，中国科学院北京科学仪器厂生产了我国第一台SEM，分 辨率为10nm。
a A
放大倍率M定义：M = A / a A：荧光屏宽度，a：电子束在样品上的扫描宽度
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五、名词解释
SEM的相关术语 有效放大倍数
一般正常人眼的裸视分辨力为0.2mm，若扫描电镜的现有最佳分辨力为4nm ，则有效放大倍率为50,000倍； 如果某场发射电镜的最佳分辨力为1nm，则有效放大倍率为200,000倍。
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六、SEM的应用 为什么不同点间的灰度差就能表征出图像特征？
为什么需要足够大电流？
扫描速度越慢，清晰度越高？
获得高分辨率图像为什么要工作距离小？ 荷电现象的产生？ 为什么采取减速可以提高图像清晰度？
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六、SEM的应用 为什么需要足够大电流？
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六、SEM的应用 扫描速度越慢，清晰度越高？
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六、SEM的应用 为什么不同点间的灰度差就能表征出图像特征？
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二、 电子束与固体的相互作用
2.1 电子束与固体相互作用—二次电子
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二、 电子束与固体的相互作用
2.1 电子束与固体相互作用—背散射电子
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二、 电子束与固体的相互作用
2.1 电子束与固体相互作用—X射线
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二、 电子束与固体的相互作用
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三、 SEM的工作原理与结构
3.3 SEM的组成部分
3.3.1 电子光学系统
组成： 电子枪
电子束 样品表面
电磁透镜 扫描线圈 样品室
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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三、 SEM的工作原理与结构
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三、 SEM的工作原理与结构
4.3 SEM的组成部分
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三、 SEM的工作原理与结构
4.3 SEM的组成部分
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三、 SEM的工作原理与结构
JEOL-7610F样品台参数
样品交换室: 单步加载/卸载 样品台: 全对中，5轴马达驱动 X-Y: 70 mm x 50 mm(IA) 110 mm x 80 mm(II) 140 mm x 80 mm(III) 倾斜: -5 到 +70° 旋转: 360° 大样品室：利用JSM-7610F的标准配置，即可进行直径最大为150mm样品 的观察；绝大部分操作通过鼠标即可实现。
有效放大倍数
4nm 0.2mm 4nm 0.2mm 50,000倍
真实情况
实际情况
2 mm 500,000倍
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五、名词解释
SEM的相关术语 分辨率
分辨率 ：样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间的距离。 如何测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度除以放大倍数。 影响SEM图像分辨率的主要因素有： 扫描电子束斑直径 ； 检测信号类型； 检测部位原子序数； 机械振动及杂散磁场； 操作方式； 信噪比等
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一、SEM的产生
电子显微镜发展历史
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二、 电子束与固体的相互作用
2.1 电子束与固体相互作用
一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子束与试样的原子核和核外电子将 产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映试样形貌、结构和组成的各种信息。 背散射电子 二次电子 吸收电子 透射电子 特征X射线 俄歇电子 阴极荧光
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六、SEM的应用 为什么不同点间的灰度差就能表征出图像特征？
为什么需要足够大电流？
扫描速度越慢，清晰度越高？
获得高分辨率图像为什么要工作距离小？ 荷电现象的产生？ 为什么采取减速可以提高图像清晰度？
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三、 SEM的工作原理与结构
JEOL-7610F样品台
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三、 SEM的工作原理与结构
3.3 SEM的组成部分
3.3.2 信号收集和显示系统 信号收集：二次电子和背散射电子收集器、吸收电子检测器、X 射线检测器
(波谱仪和能谱仪)。
显示系统
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示例图片
电子显微镜
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示例图片
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示例图片
水稻根毛 生长过程 （用冷冻 台技术 -180℃）
热蒸发 SiO粉末 生长 的二氧化 硅纳米线
氧化锡纳米棒 ESEM
硫 化 铋
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示例图片
方 解 石共 晶 组 织
光 子 陶 禁 瓷 带 多 晶
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一、SEM的产生
1.1 光学显微镜简介
光学显微镜
探索微观世界的奥秘是人类几千年以来的 愿望和追求，更何况随着科学技术的发展， 人们也越来越需要深入探测和了解微观结构 的仪器。 光学显微镜是能提供这种需求的主要仪 器之一，它突破了人类的视觉极限而延伸到 肉眼无法看清的微观世界之中。
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2.1 电子束与固体相互作用—俄歇电子
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二、 电子束与固体的相互作用
2.1 电子束与固体相互作用—其它信息
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二、 电子束与固体的相互作用
2.2 不同信号的作用深度和广度
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。
空间分辨率
二次电子 背散射电子 特征X射线 <10nm 1~几个μm
携带信息
表面形貌 化学成分
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1/3作用区范围 <2μm 成分及形貌
二、 电子束与固体的相互作用
2.3 各种信号的空间分辨率

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二、 电子束与固体的相互作用
2.3 各种信号的产额与产量
入射电子进入样品浅层表 面，尚未横向扩展开来， 俄歇电子和二次电子在与 入射电子束斑直径相当的 圆柱内激发出来，束斑直 径就是一个成像检测单元 (像点)大小。 由于二次电子的产额远高于俄歇电子，且俄歇电子需要超高真 空进行探测分析。 所以，二次电子的分辨率相当于束斑直径。一般都以二次电子 为SEM的分析成像信号。
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一、SEM的产生
光学显微镜原理
光学显微镜（OM）是根据凸透 镜的成像原理，经过两次凸透镜的 成像来达到放大的目的。
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一、SEM的产生
光学显微镜的极限
光学显微镜的分辨力取决于入射 光的波长，即可见光的波长。 光的波长：380~760nm 人眼在距离25cm时能分辨的最 小间距是0.2mm
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五、名词解释
SEM的相关术语 景深
样品表面高低不平，利用扫描电镜成像， 可以看清楚的高点F1和低点F3之间的距离称为 景深。扫描电镜的景深优于光镜和透射电镜。 用一个比喻，光镜景深若为1，扫描电镜景深则 是其300倍。特别适合观察粗糙面样品或材料断 口。 为提高景深，可以选用较小的放大倍率，或 者拉远样品到物镜下表面的距离，这称为工作 距离（WD），从左图可见，由于WD2>WD1， F1，F2，F3几个不同高度部位在图像中均清晰 。
如果没有考虑电镜的实际分辨能力，而盲目地增大放大倍率，这不仅不会增 大所放大图像上地细节，而只能是虚放大，那样就没有实际放大意义了。
计算例子： 如果某钨阴极电镜的最佳分辨力为4nm，而人眼的分辨力为0.2mm， 则
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五、名词解释
计算例子： 如果某钨阴极电镜的最佳分辨力为4nm，而人眼的分辨力为0.2mm， 则
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六、SEM的应用 为什么不同点间的灰度差就能表征出图像特征？
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三、 SEM的工作原理与结构
3.3 SEM的组成部分
3.3.3 真空系统和电源系统 真空系统：包括机械泵、分子泵和离子泵。作用：为保证电子光 学系统正常工作，提供高的真空度，防止样品污染，保持灯丝寿 命，防止极间放电。 要求：10-6~10-9 Pa 。
电源系统：包括启动的各种电源(高压、透镜系统、扫描线圈)， 检测-放大系统电源，光电倍增管电源，真空系统和成像系统电源 灯。还有稳压，稳流及相应的安全保护电路。
一、 SEM培训—简介
3种显微镜成像方式的比较
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四、SEM的特性与优点
4.2 电子显微镜优点
(一) 分辨力高，多数扫描电镜的二次像分辨力都都能分别优于 1.0nm（FEG）、 2.0nm（LaB6）、3.0nm（W）。 (二) 放大倍率范围广、倍率调节方便，一般能从10倍到20万倍，而且连续或分档可 调。 (三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样 品进行观察。 (四) 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射 电镜大几十倍。 (五电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (六) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。
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三、 SEM的工作原理与结构
4.3 SEM的组成部分
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4.3 SEM的组成部分
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4.3 SEM的组成部分
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三、 SEM的工作原理与结构
目前，在电镜上使用的多的是电磁透镜，W和LaB6阴极电镜的聚光镜和物镜 都采用电磁透镜，而场发射电镜的第一聚光镜通常采用静电透镜，第二聚光 镜和物镜仍采用电磁透镜。
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三、 SEM的工作原理与结构
3.1 SEM的工作原理

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三、 SEM的工作原理与结构
3.2 SEM的主要结构

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三、 SEM的工作原理与结构
3.3 SEM的组成部分
电子光学系统 信号收集处理系统 图像显示和记录系统 真空系统 电源及控制系统
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五、名词解释
SEM的相关术语 景深
灯丝 10kV
×400 WD=6mm
灯丝 10kV
×400 WD=21mm
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五、SEM的特性与优点
5.1 3种显微镜成像方式的比较
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一、 SEM培训—简介
3种显微镜成像方式的比较
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