关于扫描电镜原理及提高图像质量的方法课件
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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.
扫描电镜的结构原理及其操作使用课件
具有重要意义。
THANKS
感谢观看
材料内部结构分析
通过扫描电镜观察材料内部不同层次的结构，可以研究材 料的晶体结构、相组成、微织构等，对于材料的性能研究 和优化具有重要意义。
材料元素分布分析
扫描电镜配备的能谱分析仪可以测定材料中元素的种类和 分布情况，对于研究材料的化学成分和元素迁移行为具有 重要作用。
生物医学研究应用案例
01
细胞结构与功能研究
半导体器件结构与性能分 析
扫描电镜可以观察半导体器件的结构和性能 ，如芯片的微观电路结构、缺陷分析等，对 于半导体行业的产品研发和质量监控具有重 要意义。
半导体材料表面形貌与成 分分析
扫描电镜可以观察半导体材料表面的微观形 貌和成分，如硅片、锗片的表面粗糙度和化 学组成，对于半导体材料的研究和质量控制
特点
高分辨率、高景深、高灵敏度、多功能性等。
历史与发展
历史
SEM最早出现于1940年代，但真 正的发展和应用是在1950年代以 后。
发展
经历了多个阶段，从最初的简单 扫描电镜，到现在的场发射扫描 电镜、能量色散X射线谱仪等高级 配置。
应用领域
01
02
03
04
材料科学
用于研究材料的微观结构和性 能，如金属、陶瓷、高分子等
图像扭曲
可能是由于扫描电镜的电子束不稳定或样品表面不平整所 致。解决办法是调整扫描电镜的电子束稳定性或对样品表 面进行预处理。
样品烧蚀
可能是由于样品表面有金属杂质或样品放置不当所致。解 决办法是更换样品或调整扫描电镜的加速电压和电流。
05
扫描电镜应用案例展示
材料科学研究应用案例
材料表面形貌分析
扫描电镜可以用于研究材料表面的微观形貌，如表面粗糙 度、颗粒大小等，对于材料科学的基础研究和应用研究有 重要作用。
THANKS
感谢观看
材料内部结构分析
通过扫描电镜观察材料内部不同层次的结构，可以研究材 料的晶体结构、相组成、微织构等，对于材料的性能研究 和优化具有重要意义。
材料元素分布分析
扫描电镜配备的能谱分析仪可以测定材料中元素的种类和 分布情况，对于研究材料的化学成分和元素迁移行为具有 重要作用。
生物医学研究应用案例
01
细胞结构与功能研究
半导体器件结构与性能分 析
扫描电镜可以观察半导体器件的结构和性能 ，如芯片的微观电路结构、缺陷分析等，对 于半导体行业的产品研发和质量监控具有重 要意义。
半导体材料表面形貌与成 分分析
扫描电镜可以观察半导体材料表面的微观形 貌和成分，如硅片、锗片的表面粗糙度和化 学组成，对于半导体材料的研究和质量控制
特点
高分辨率、高景深、高灵敏度、多功能性等。
历史与发展
历史
SEM最早出现于1940年代，但真 正的发展和应用是在1950年代以 后。
发展
经历了多个阶段，从最初的简单 扫描电镜，到现在的场发射扫描 电镜、能量色散X射线谱仪等高级 配置。
应用领域
01
02
03
04
材料科学
用于研究材料的微观结构和性 能，如金属、陶瓷、高分子等
图像扭曲
可能是由于扫描电镜的电子束不稳定或样品表面不平整所 致。解决办法是调整扫描电镜的电子束稳定性或对样品表 面进行预处理。
样品烧蚀
可能是由于样品表面有金属杂质或样品放置不当所致。解 决办法是更换样品或调整扫描电镜的加速电压和电流。
05
扫描电镜应用案例展示
材料科学研究应用案例
材料表面形貌分析
扫描电镜可以用于研究材料表面的微观形貌，如表面粗糙 度、颗粒大小等，对于材料科学的基础研究和应用研究有 重要作用。
扫描电镜原理及应用精品PPT课件
扫描电镜结构、原理及应用
人眼分辨率
A
0.2 mm
B
250 mm
2
眼睛
光学显微镜的局限
• 分辨率主要取决于照明源的波长
r
2
• 可见光的波长在400-700 nm之间，所以光镜的分 辨率＞200 nm
• 电子束波长约为可见光波长的十万分之一，因此 采用电子束作为照明源可以大幅提高显微镜分辨 率。
Cr
12.71
Mn
0.30
Fe
86.99
元素面分布图
球 粒 成 分 均 为 钢 料
结论
在陶瓷成分中添加大量金属球粒， 球粒尺寸：50μm~ 150 μm， 球粒分布不均匀。 球粒成分Cr含量~12%，属于不锈钢， 符合国产牌号：x Cr12 。
样品 塑料
应用实例二
样品名称 ：柴油机轴瓦 半圆形金属件
15
场发射式电子枪
2. 肖特基热场发射式 优点: - 钨(100)单晶上镀ZrO(氧化鋯)降低功函数 - 使用寿命与冷场相似 (> 1000 hrs). - 使用前不需要加热针尖. - 电子源尺寸小/亮度与冷场相似 . - 真空度要求比冷场低10倍 (10-9 torr). - 适用WDS, CL, EBIC, 等探测.
缺点: - 分辨率比冷场稍差. - 价格昂贵
扫描电镜成像原理
电子束与样品的相互作用
俄歇电子 二次电子 背散射电子
特征 X 光线 连续 X 光线 荧光 X 光线
阴极荧光
不同信号的用途
图像
信号
探测器
用途
SE（二次电子像） BSE（背散射电子像）
EDS（能谱）
二次电子
背散射电子
ETSE,VPSE, EPSE BSD
人眼分辨率
A
0.2 mm
B
250 mm
2
眼睛
光学显微镜的局限
• 分辨率主要取决于照明源的波长
r
2
• 可见光的波长在400-700 nm之间，所以光镜的分 辨率＞200 nm
• 电子束波长约为可见光波长的十万分之一，因此 采用电子束作为照明源可以大幅提高显微镜分辨 率。
Cr
12.71
Mn
0.30
Fe
86.99
元素面分布图
球 粒 成 分 均 为 钢 料
结论
在陶瓷成分中添加大量金属球粒， 球粒尺寸：50μm~ 150 μm， 球粒分布不均匀。 球粒成分Cr含量~12%，属于不锈钢， 符合国产牌号：x Cr12 。
样品 塑料
应用实例二
样品名称 ：柴油机轴瓦 半圆形金属件
15
场发射式电子枪
2. 肖特基热场发射式 优点: - 钨(100)单晶上镀ZrO(氧化鋯)降低功函数 - 使用寿命与冷场相似 (> 1000 hrs). - 使用前不需要加热针尖. - 电子源尺寸小/亮度与冷场相似 . - 真空度要求比冷场低10倍 (10-9 torr). - 适用WDS, CL, EBIC, 等探测.
缺点: - 分辨率比冷场稍差. - 价格昂贵
扫描电镜成像原理
电子束与样品的相互作用
俄歇电子 二次电子 背散射电子
特征 X 光线 连续 X 光线 荧光 X 光线
阴极荧光
不同信号的用途
图像
信号
探测器
用途
SE（二次电子像） BSE（背散射电子像）
EDS（能谱）
二次电子
背散射电子
ETSE,VPSE, EPSE BSD
扫描电镜原理及提高图像质量的方法ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
(2)扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫 描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入 射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在 样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍 数。
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η随原子序数Z的变化如图所示 (δ为二次电子产率)。可见，背散射电子信号 强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均 原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此，可以根 据背散射电子像衬度来判断相应区域原子序数 的相对高低。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
(3)信号收集系统
扫描电镜应用的物理信号可分为： 1）电子信号，包括二次电子、背散射电子、 透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表 测，其他电子信号用电子收集器； 2）特征X射线信号，用X射线谱仪检测； 3）可见光讯号（阴极荧光），用可见光收 集器。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
电子能谱图
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
特征X射线
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。
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。
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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
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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。
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。
扫描电镜的结构、原理及其操作使用ppt课件
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电磁式那么是调整电磁对 中线圈的电流，以此挪动电
四、扫描电镜的调整
• 放入试样
•
将试样固定在试样
盘上，并进展导电处置，使
试样处于导电形状。将试样
•
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
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。
二、扫描电镜的构造
图5 电子检测器
三、扫描电镜的根本原理
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； 样品所产生信号的搜集、处置和显示系统。
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
图2 扫描电子显微镜
构造表示图 (a)系统方框图
二、扫描电镜的构造
六、实验报告要求
• 简要阐明扫描的原理及电镜各部分的作用。 • 根据他的了解，举例阐明扫描电镜的运用。 • 根据实验察看的断口特征，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。
END！
角越小，在试样上扫描面积越小，其放大倍
率M越大。 A(CRT上 扫 描 振 幅 )
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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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
J ce V /k T A /c m 2sr
式中, Jc是电子枪的发射电流密度; V为加速 电压; k为玻尔兹曼常数;T 是电子枪灯丝工 作温度(K); e是电子的电荷.
3.信噪比
• 提高信噪比的途径：
• A.增大束流 (电子束的束电流Ip为))
• 二次电子
它是被入射电子束轰击出来的样品核外电 子，又称为次级电子。
在样品上方装一个电子检测器来检测不同 能量的电子，结果如图所示。二次电子的能量 比较低，一般小于50eV；背散射电子的能量比 较高，其约等于入射电子能量 E0。
电子能谱图
特征X射线
特征 X射线是原子的内层电子受到激发之 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。
三、扫描电镜的成像(衬度)原理
1.形貌衬度
若设α为入射电子束与试样表面法线之间 的夹角，实验证明，当对光滑试样表面、入射 电子束能量大于 1kV且固定不变时，二次电子 产率δ与α的关系为
δ ∝ 1/cosα
实际样品的形状虽然复杂，但都可以被看 作是由许多位向不同的小平面组成的，扫描电 镜中入射电子束的方向是固定的，由于试样表 面凹凸不平，它对试样表面不同处的入射角是 不同的，由此产生二次电子的产额上的差异， 经调制放大便可得到反映样品形貌的二次电子 像。
关于扫描电镜原理 及提高图像质量的
方法
S-2700扫描电镜
如何利用扫描电镜拍出高质量的图像
一、扫描电镜的工作原理 二、扫描电镜的构造 三、扫描电镜的成像(衬度)原理 四、影响扫描电镜像质量的主要因素 五、操作要点 六、样品制备
一、扫描电镜的工作原理
电子枪发射的电子束经两级聚光镜及物镜的 汇聚，形成具有一定能量、一定束流强度和束斑 直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样 表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦 电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以 及其它物理信号），二次电子信号被探测器收集 转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管得到 反特征X射线只与元素种类有关的特性，可 对试样作成份检测。
四、影响扫描电镜像质量的主要因素
一幅高质量的图像应满足三个条件：首先 是分辨率高，显微结构清晰可辨；第二是信噪 比好,没有明显的雪花状噪声;第三是衬度适中, 图像中无论白区还是黑区细节都能看清楚。
影响扫描电镜像质量的主要因素
二、 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、直径小的入射束来轰击样品，使样品产 生各种物理信号。
;
(2) 吸收电子像衬度
吸收电子信号强度与二次电子及背散射电 子的发射有关，若样品较厚，即T=0，则 η+δ+α=1。这说明，吸收电子像的衬度是与 背散射电子像和二次电子像是互补的。因此可 以认为，样品表面平均原子序数大的微区，背 散射电子信号强度较高，而吸收电子信号强度 较低，两者衬度正好相反。
(2)扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫 描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入 射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在 样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍 数。
(3)信号收集系统
扫描电镜应用的物理信号可分为： 1）电子信号，包括二次电子、背散射电子、 透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表 测，其他电子信号用电子收集器； 2）特征X射线信号，用X射线谱仪检测； 3）可见光讯号（阴极荧光），用可见光收 集器。
2
断口照片
2.原子序数衬度
原子序数衬度又称为化学成分衬度，它是 利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感 的物理信号作为调制信号得到的一种显示微区 化学成分差别的像衬度。这些信号主要有背散 射电子、吸收电子和特征X射线。
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η随原子序数Z的变化如图所示 (δ为二次电子产率)。可见，背散射电子信号 强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均 原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此，可以根 据背散射电子像衬度来判断相应区域原子序数 的相对高低。
电子束-样品交互作用区
一次电子束 ~ 10 nm: 二次电子
~ 1~2 mm: 背散射电子
交互作用区
~ 2~5mm: X-射线/阴极荧光
同一样品, 不同能量电子束
15 kV
5 kV
25 kV
不同样品, 同一能量电子束
碳
铁
银
2.分辨率(入射电子束斑直径)
入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨本 领的极限。
电子束斑直径的计算公式
d21 2C s321.22242 Ip/2
• 公式中，d为电子束斑直径， α为孔径角， Cs为末级透镜的球差系数; λ为入射电子波 长; Ip为电子束电流; β为电子束的亮度.
式中第一项为球差,第二项是衍射差引起的, 第三项是无像差透镜形成的电子束直径。
对于热发射的钨丝电子枪其亮度可表达为
扫描电镜成像的物理信号
特征X射线
• 背散射电子
它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电 子。又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子，前者 是指只受到原子核单次或很少几次大角度弹性散射后 即被反射回来的入射电子，能量没有发生变化；后者 主要是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射 回来的电子。
1. 入射束在样品中的扩展效应 2. 分辨率(入射电子束斑直径) 3. 信噪比 4. 杂散电磁场及机械振动 5. 样品的自然衬度
1. 入射束在样品中的扩展效应
电子束打到样品上，会发生散射，扩散范围 如同梨状或半球状。入射束能量越大，样品原子 序数越小，则电子束作用体积越大。因此，用不 同的物理信号调制的扫描像有不同的分辨本领。 二次电子扫描像的分辨本领最高，约等于入射电 子束直径，背散射电子为50-200 nm，X射线为 100-1000nm。
式中, Jc是电子枪的发射电流密度; V为加速 电压; k为玻尔兹曼常数;T 是电子枪灯丝工 作温度(K); e是电子的电荷.
3.信噪比
• 提高信噪比的途径：
• A.增大束流 (电子束的束电流Ip为))
• 二次电子
它是被入射电子束轰击出来的样品核外电 子，又称为次级电子。
在样品上方装一个电子检测器来检测不同 能量的电子，结果如图所示。二次电子的能量 比较低，一般小于50eV；背散射电子的能量比 较高，其约等于入射电子能量 E0。
电子能谱图
特征X射线
特征 X射线是原子的内层电子受到激发之 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。
三、扫描电镜的成像(衬度)原理
1.形貌衬度
若设α为入射电子束与试样表面法线之间 的夹角，实验证明，当对光滑试样表面、入射 电子束能量大于 1kV且固定不变时，二次电子 产率δ与α的关系为
δ ∝ 1/cosα
实际样品的形状虽然复杂，但都可以被看 作是由许多位向不同的小平面组成的，扫描电 镜中入射电子束的方向是固定的，由于试样表 面凹凸不平，它对试样表面不同处的入射角是 不同的，由此产生二次电子的产额上的差异， 经调制放大便可得到反映样品形貌的二次电子 像。
关于扫描电镜原理 及提高图像质量的
方法
S-2700扫描电镜
如何利用扫描电镜拍出高质量的图像
一、扫描电镜的工作原理 二、扫描电镜的构造 三、扫描电镜的成像(衬度)原理 四、影响扫描电镜像质量的主要因素 五、操作要点 六、样品制备
一、扫描电镜的工作原理
电子枪发射的电子束经两级聚光镜及物镜的 汇聚，形成具有一定能量、一定束流强度和束斑 直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样 表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦 电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以 及其它物理信号），二次电子信号被探测器收集 转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管得到 反特征X射线只与元素种类有关的特性，可 对试样作成份检测。
四、影响扫描电镜像质量的主要因素
一幅高质量的图像应满足三个条件：首先 是分辨率高，显微结构清晰可辨；第二是信噪 比好,没有明显的雪花状噪声;第三是衬度适中, 图像中无论白区还是黑区细节都能看清楚。
影响扫描电镜像质量的主要因素
二、 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、直径小的入射束来轰击样品，使样品产 生各种物理信号。
;
(2) 吸收电子像衬度
吸收电子信号强度与二次电子及背散射电 子的发射有关，若样品较厚，即T=0，则 η+δ+α=1。这说明，吸收电子像的衬度是与 背散射电子像和二次电子像是互补的。因此可 以认为，样品表面平均原子序数大的微区，背 散射电子信号强度较高，而吸收电子信号强度 较低，两者衬度正好相反。
(2)扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫 描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入 射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在 样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍 数。
(3)信号收集系统
扫描电镜应用的物理信号可分为： 1）电子信号，包括二次电子、背散射电子、 透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表 测，其他电子信号用电子收集器； 2）特征X射线信号，用X射线谱仪检测； 3）可见光讯号（阴极荧光），用可见光收 集器。
2
断口照片
2.原子序数衬度
原子序数衬度又称为化学成分衬度，它是 利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感 的物理信号作为调制信号得到的一种显示微区 化学成分差别的像衬度。这些信号主要有背散 射电子、吸收电子和特征X射线。
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η随原子序数Z的变化如图所示 (δ为二次电子产率)。可见，背散射电子信号 强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均 原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此，可以根 据背散射电子像衬度来判断相应区域原子序数 的相对高低。
电子束-样品交互作用区
一次电子束 ~ 10 nm: 二次电子
~ 1~2 mm: 背散射电子
交互作用区
~ 2~5mm: X-射线/阴极荧光
同一样品, 不同能量电子束
15 kV
5 kV
25 kV
不同样品, 同一能量电子束
碳
铁
银
2.分辨率(入射电子束斑直径)
入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨本 领的极限。
电子束斑直径的计算公式
d21 2C s321.22242 Ip/2
• 公式中，d为电子束斑直径， α为孔径角， Cs为末级透镜的球差系数; λ为入射电子波 长; Ip为电子束电流; β为电子束的亮度.
式中第一项为球差,第二项是衍射差引起的, 第三项是无像差透镜形成的电子束直径。
对于热发射的钨丝电子枪其亮度可表达为
扫描电镜成像的物理信号
特征X射线
• 背散射电子
它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电 子。又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子，前者 是指只受到原子核单次或很少几次大角度弹性散射后 即被反射回来的入射电子，能量没有发生变化；后者 主要是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射 回来的电子。
1. 入射束在样品中的扩展效应 2. 分辨率(入射电子束斑直径) 3. 信噪比 4. 杂散电磁场及机械振动 5. 样品的自然衬度
1. 入射束在样品中的扩展效应
电子束打到样品上，会发生散射，扩散范围 如同梨状或半球状。入射束能量越大，样品原子 序数越小，则电子束作用体积越大。因此，用不 同的物理信号调制的扫描像有不同的分辨本领。 二次电子扫描像的分辨本领最高，约等于入射电 子束直径，背散射电子为50-200 nm，X射线为 100-1000nm。