12电子显微镜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.
《显微镜》ppt课件
暗 视 野 照 明 方 式
六、紫外光显微镜
使用紫外光源可以明显提高显微镜的分辨率，对于 生物样品使用紫外光照明还具有独特的效果。生物 细胞中的原生质对可见光几乎是不吸收的，而蛋白 质和核酸等生物大分子对紫外光具有特殊的吸收作 用。因此，可以使用紫外光显微镜（ultraviolet microscope）研究单个细胞的组成与变化情况。
相衬显微镜比普通光学显微镜多了2个部件：
在聚光器上增加一个环形光阑； 在物镜后焦面增加一个相板，相板上有一个环形区，通过
环形区的光比从其它区域透过的光超前或滞后1/4λ，这样 就使通过标本不同区域光波的相位差转变为振幅差。
相衬显微镜照明原理
光通过标本致密区时发生衍射，产生偏折光，相位 和未受影响的直射光相比被推迟了1/4λ。只有未发 生偏折的的直射光可通过相位板的环形区，其它的 偏折光在物镜的后焦面上产生了一个与通过相位板 的环形区的光不同的1/4λ的光程差。两组光在平面 上成像。
如果离光轴越远处放大率越大，则像的外部线段将比中间 线段长，结果形成了枕形畸变，这种畸变称为正畸变。
反之则形成边缘放大率小而近轴放大率大的桶形畸变，称 为负畸变 。
(二)、 色 差
色差(chromatic aberration )是一种由白光或复色光经透镜成像 时，会因各种色光存在着光程差而造成颜色不同、位置不重 合、大小不一致的不同成像效果，从而造成像和物的较大失 真。
如相板的环形区使直射光超前1/4λ，加上开始直射 光超前的1/4λ，直射光共超前1/2 λ，直射光和偏折 光叠加形成的合成波振幅减少，产生暗反差。
如相板的环形区使直射光滞后1/4λ，加上开始直射 光超前的1/4λ，两者相抵直射光不发生变化，直射 光和偏折光无相位变化，形成的合成波振幅增加， 产生明反差。
《电子显微术》课件
安全防护
操作电子显微镜时，要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品，避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜，能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品，而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式， 如透射、扫描、背散射等，可 以提供更多样化的信息。
《电子显微术》ppt课件
目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源，通过电子束与样品相互 作用产生信号，再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜（TEM ）和扫描电子显微镜（
SEM）的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术，提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、环境电子显 微镜（ESEM）等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心， 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等，操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数，以满足不同的观察需求。
操作电子显微镜时，要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品，避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜，能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品，而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式， 如透射、扫描、背散射等，可 以提供更多样化的信息。
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目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源，通过电子束与样品相互 作用产生信号，再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜（TEM ）和扫描电子显微镜（
SEM）的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术，提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、环境电子显 微镜（ESEM）等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心， 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等，操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数，以满足不同的观察需求。
电子显微镜原理
主要特点
具有高分辨率和高景深，适用于 观察粗糙表面和不规则形状的样
品。
应用领域
表面科学、环境科学、考古学等。
扫描透射电子显微镜（STEM）
01
工作原理
扫描透射电子显微镜结合了透射和扫描的特点，通过聚焦的电子束穿透
样品，并利用探测器收集透过样品的电子束，形成样品的透射图像。
02
主要特点
具有高分辨率和高穿透深度，适用于观察厚样品和难以制备薄片的样品。
样品台
样品台是放置样品的平台，用于在电子显微镜中进行观察和 成像。
样品台通常由金属框架、载物片、微调机构和附件组成，载 物片用于放置样品，微调机构用于调节样品的倾斜角度和位 置。
物镜
物镜是电子显微镜中的主要透镜，用于将汇聚的电子束聚 焦在样品上，形成实像。
物镜通常由透镜、光栏、消像散器和物镜补偿器组成，透 镜用于汇聚电子束，光栏用于限制光束的大小，消像散器 和物镜补偿器用于消除像散和畸变。
素对电子的吸收和散射程度不同，形成明暗不同的影像。
主要特点
02
具有高分辨率和高放大倍数，适用于观察薄样品，如生物样品、
薄膜材料等。
应用领域
03
生物学、医学、材料科学等。
扫描电子显微镜（SEM）
工作原理
扫描电子显微镜通过聚焦电子束 扫描样品表面，激发样品表面的 电子并收集这些电子，形成样品
的表面形貌图像。
特点
高分辨率、高放大倍数、高对比 度、高穿透力和高样品适应性。
电子显微镜的历史与发展
01
02
03
04
1925年，德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发明了第
一台电子显微镜。
1931年，第一台商用电子显 微镜问世。
第十二章高分辨透射电子显微术ppt课件
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
1
第十二章 高分辨透射电子显微术
图12-14 Al-Si合金粉末的高分辨像 a)、SEM像 b)和TEM明场像 c) 22
第三节 高分辨电子显微术的应用
六、高分辨像的计算机模拟
由图12-15可说明，Si3N4晶界上有一非晶层， NiAl2O4 与NiO相界为稳定界面， Fe2O3表面为其(0001)面
图12-15 几种平面界面的高分辨像 a) Ge的晶界 b) Si3N4的晶界
的实验像a)、b)、c)及模拟高分辨像d)、e)、f)
16
第三节 高分辨电子显微术的应用
材料的微观结构与缺陷结构，对材料的物理、化学和力 学性质有重要影响。利用高分辨电子显微术，可以在原子尺 度对材料微观结构和缺陷进行研究，其应用主要包括 1) 晶体缺陷结构的研究 2) 界面结构的研究 3) 表面结构的研究 4) 各种物质结构的研究 下面给出一些典型的高分辨像，用图示说明高分辨透射电镜 在材料原子尺度显微组织结构、表面与界面以及纳米粉末结 构等分析研究中的应用
电子束倾斜和样品倾斜均会影响高分辨像衬度，电子 束 轻微倾斜，将在衍射束中引入不对称的相位移动
图12-6所示为 Ti2Nb10O29 样品厚度为7.6 nm时的高分辨模 拟 像。图中清楚表明，电子束或样品即使是轻微倾斜，对高 分 辨像衬度也会产生较明显影响
样品倾斜 / mrad
电子束倾斜 / mrad
六、高分辨像的计算机模拟
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
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第十二章 高分辨透射电子显微术
图12-14 Al-Si合金粉末的高分辨像 a)、SEM像 b)和TEM明场像 c) 22
第三节 高分辨电子显微术的应用
六、高分辨像的计算机模拟
由图12-15可说明，Si3N4晶界上有一非晶层， NiAl2O4 与NiO相界为稳定界面， Fe2O3表面为其(0001)面
图12-15 几种平面界面的高分辨像 a) Ge的晶界 b) Si3N4的晶界
的实验像a)、b)、c)及模拟高分辨像d)、e)、f)
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第三节 高分辨电子显微术的应用
材料的微观结构与缺陷结构，对材料的物理、化学和力 学性质有重要影响。利用高分辨电子显微术，可以在原子尺 度对材料微观结构和缺陷进行研究，其应用主要包括 1) 晶体缺陷结构的研究 2) 界面结构的研究 3) 表面结构的研究 4) 各种物质结构的研究 下面给出一些典型的高分辨像，用图示说明高分辨透射电镜 在材料原子尺度显微组织结构、表面与界面以及纳米粉末结 构等分析研究中的应用
电子束倾斜和样品倾斜均会影响高分辨像衬度，电子 束 轻微倾斜，将在衍射束中引入不对称的相位移动
图12-6所示为 Ti2Nb10O29 样品厚度为7.6 nm时的高分辨模 拟 像。图中清楚表明，电子束或样品即使是轻微倾斜，对高 分 辨像衬度也会产生较明显影响
样品倾斜 / mrad
电子束倾斜 / mrad
六、高分辨像的计算机模拟
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16.11.2020
HNU-ZLP
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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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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 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）。
❖ 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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第十二章 扫描电子显微镜
❖电子束与固体样品相互作用
❖扫描电镜结构原理
❖主要性能指标
❖二次电子图象衬度原理及其应用
❖背散射电子图象衬度原理及其应用
❖ 其它信号图象
❖扫描电镜操作
样品制备 16.11.2020 ❖
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❖ 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
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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。
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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
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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。
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表5-1 各种信号成象的分辨本领
信号 分辨率(nm) 发射深度
(nm)
二次电子
5~10
5~50
背散射电子 50~200 100~1000
吸收电子 100~1000
透射电子 0.5~10
感应电动势 300~1000
❖ 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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扫描电镜原理— JEOL动画演示
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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、 供电系统、真空系统。
❖ 结构原理图如图。
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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。