扫描电镜的结构、原理及其操作使用

四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴
• 放入试样 • 图像调整
四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴
调整电子束对中（合轴）的方法有 机械式和电磁式。 ①机械式是调整合轴螺钉 ②电磁式则是调整电磁对中线圈的电流， 以此移动电子束相对光路中心位置达到 合轴目的
四、扫描电镜的调整
• 放入试样
将试样固定在试样盘上，并进行导电处理， 使试样处于导电状态。将试样盘装入样品更换 室，预抽三分钟，然后将样品更换室阀门打开， 将试样盘放在样品台上，在抽出试样盘的拉杆 后关闭隔离阀。
二、扫描电镜的构造
扫描电镜的倍率放大是通过改变电子束偏转角 度来实现放大倍率的调节。因为观察用的荧光屏尺 寸是一定的，所以电子束偏转角越小，在试样上扫 描面积越小，其放大倍率M越大。
M
Ac (CRT 上扫描振幅) As (电子束在样品表面扫描振幅)
放大倍率一般是20～20×104倍。
二、扫描电镜的构造
• 样品的辐照损伤及污染程度较小；
• 可实现多功能分析。
二、扫描电镜的构造
构成：
• 电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫 描线圈等； • 机械系统，包括支撑部分、样品室；
• 真空系统；
• 样品所产生信号的收集、处理和显示系统。
二、扫描电镜的构造
图1 Sirion 200 扫描电镜外 观照片
二、扫描电镜的构造
四、扫描电镜的调整
• 聚焦与像散校正
聚焦分粗调、细调两步。由于扫描电 镜景深大、焦距长，所以一般采用高于观 察倍数二、三档进行聚焦，然后再回过来 进行观察和照像。即所谓“高倍聚焦，低 倍观察”。 像散校正主要是调整消像散器，使其电 子束轴对称直至图像不飘移为止。
四、扫描Байду номын сангаас镜的调整 • 亮度与对比度的选择
二、扫描电镜的构造
• 扫描线圈
其作用是使电子束偏转，并在样品表面作有 规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和在显 像管上的扫描动作由同一扫描发生器控制,保持严 格同步。 当电子束进入偏转线圈时，方向发生转折， 随后又由下偏转线圈使它的方向发生第二次转折, 再通过末级透镜的光心射到样品表面。在上下偏 转线圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域， 相应地在样品上也画出一副比例图像。
(a) (b) 图 4 光 电 栅 子 扫 束 描 在 样 品 表 面 角 的 光 扫 栅 描 扫 方 描 式
二、扫描电镜的构造
机械系统包括：
• 支撑部分
• 样品室
样品室中有样品台和信号探测器，样品台 除了能夹持一定尺寸的样品，还能使样品作平 移、倾斜、转动等运动，同时样品还可在样品 台上加热、冷却和进行力学性能实验（如拉伸 和疲劳）。
二、扫描电镜的构造
图5
电子检测器
三、扫描电镜的基本原理
电子枪的热阴极或场发射阴极发出的电子 受阳极电压（1-50kV）加热并形成笔尖状电子 束。经过二或三个（电）磁透镜的作用，在样 品表面会聚成一个直径可小至10-100 Å的细束， 携带束流量为10-10～10-12A。在末透镜上部的扫 描线圈作用下，细电子束在样品表面作光栅状 扫描，即从左上方向右上方扫，扫完一行再扫 其下相邻的第二行，直到扫完一幅（或帧）。 如此反复运动。
二、扫描电镜的构造
表1 几种类型电子枪性能比较
二、扫描电镜的构造
(a)热电子发射型电子枪
(b)热阴极场发射电子枪 图3 电子枪构造示意图
二、扫描电镜的构造
• 电磁聚光镜
其功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小， 因照射到样品上的电子束光斑越小，其分辨率 就愈高。 扫描电镜通常都有三个聚光镜，前两个是 强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦 距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信 号探测器。 为了降低电子束的发散程度，每级聚光镜 都装有光阑。为了消除像散，装有消像散器。
二、扫描电镜的构造
• 真空系统
如果真空度不足，除样品被严重污染外， 还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。
对于像Sirion200型这种场发射灯丝扫描 电镜而言，样品室的真空一般不得低于1×105Pa，它由机械真空泵和分子泵来实现；电镜镜 筒和灯丝室的真空不得低于4×10-7Pa，它由离 子泵来实现。
二、扫描电镜的构造
• 信号的收集、处理和显示系统
样品在入射电子束作用下会产生各种物理 信号，有二次电子、背散射电子、特征X射线、 阴极荧光和透射电子。 不同的物理信号要用不同类型的检测系统。 它大致可分为三大类，即电子检测器、阴 极荧光检测器和X射线检测器。
二、扫描电镜的构造
常用的检测系统为闪烁计数器， 它位于样品上侧，由闪烁体，光导 管和光电倍增器所组成，如图5所示。
化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种像
衬度。二次电子像分辨率比较高，所以适用于 显示形貌衬度。
五、样品的观察
• 典型断口形貌观察
• 韧窝断口
• 穿晶解理断口
• 脆性沿晶断口 • 疲劳断口
六、实验报告要求
• 简要说明扫描的原理及电镜各部分的作用。
• 根据你的理解，举例说明扫描电镜的应用。 • 根据实验观察的断口特征，简述韧窝断口、 穿晶解理断口、脆性沿晶断口、疲劳断口的 典型形貌特征。
四、扫描电镜的调整
• 聚光镜电流的选择
聚光镜电流与像质量有很大关系，聚
光镜电流越大，放大倍数越高。同时，聚
光镜电流越大，电子束斑越小，相应的分 辨率也会越高。
四、扫描电镜的调整
• 光阑选择
光阑孔一般是400μ、300μ、200μ、 100μ四档，光阑孔径越小，景深越大，分辨 率也越高，但电子束流会减小。一般在二次 电子像观察中选用300μ或200μ的光阑。
扫描电镜 的结构、原理 及其操作使用
一、实验目的
• 了解扫描电镜的工作原理及构造。
• 初步学习Sirion200场发射扫描电镜 的操作方法。 • 利用二次电子像对断口形貌进行观 察。
二、扫描电镜的构造
优点：
• 景深长、图像富有立体感；
• 图像的放大倍率可在大范围内连续改变，而
且分辨率高；
• 样品制备方法简单，可动范围大，便于观察；
END！
二次电子像的对比度受试样表面形貌 凸凹不平而引起二次电子发射数量不同的影 响。反差与亮度的选择则是当试样凸凹严重 时，衬度可选择小一些，以达明亮对比清楚， 使暗区的细节也能观察清楚。也可以选择适 当的倾斜角，以达最佳的反差。
五、样品的观察
• 形貌衬度——二次电子像及其衬度 原理
表面形貌衬度是利用对样品表面形貌变
四、扫描电镜的调整
• 高压选择
• 聚光镜电流的选择
• 光阑选择
• 聚焦与像散校正
• 亮度与对比度的选择
四、扫描电镜的调整
• 高压选择
扫描电镜的分辨率随加速电压增大而 提高，但其衬度随电压增大反而降低，并 且加速电压过高污染严重，所以一般在 20kV下进行初步观察，而后根据不同的目 的选择不同的电压值。
图2 扫描电子显微镜 构造示意图 (a)系统方框图
二、扫描电镜的构造
图2 扫描电子显微镜构 造示意图 (b) 电子光路图
二、扫描电镜的构造
电子光学系统包括:
• 电子枪
• 电磁聚光镜
• 扫描线圈 • 光阑组件
二、扫描电镜的构造
• 电子枪
为了获得较高的信号强度和扫描像， 由电子枪发射的扫描电子束应具有较高 的亮度和尽可能小的束斑直径。 常用的电子枪有三种：普通热阴极三 极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发 射电子枪，其性能如表1所示。