精选材料测试方法扫描电镜讲义(ppt)
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材料测试方法-扫描电镜SEM详解55页PPT
材料测试方法-扫描电镜SEM详解
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊Fra bibliotek 谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊Fra bibliotek 谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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
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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。
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
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
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1
扫描电子显微镜
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扫描电子显微镜
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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。
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扫 描 电 镜 成
像
示
意
图
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜分析 ppt课件
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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。
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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。
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。
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。
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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
材料测试方法-扫描电镜SEM详解
★测定方法：在已知放大倍数（一般在10万倍）的条件 下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值 就是分辨率。
★目前：商品生产的SEM，二次电子像的分辨率已优于 5nm. 例如：日立公司的S-570型SEM的点分辨率为3.5nm；
TOPCON公司的OSM-720型SEM的点分辨率为0.9nm
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2.4 SEM的成像衬度
2.4.1 二次电子像衬度
(1)二次电子成像原理 a.二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品 表面的核外电子。
b.二次电子的性质：主要来自样品表层5~10nm深度范围， 当大于10nm时，能量较低(小于50eV)，且自由程较短， 不能逸出样品表面，最终被样品吸收。
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2.4 SEM的成像衬度
(d)纤维增强复合材料断口：断口上有很多纤维拔出。
碳纤维增强陶瓷复合材料断口的二次电子像
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31
2.4 SEM的成像衬度
b. 样品表面形貌观察： (a) 烧结体烧结自然表面观察。
PPT课Z件n整O理
32
2.4 SEM的成像衬度
(c+t)-ZrO2 ZrO2陶瓷烧结自然表面的二次电子像
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2.2 SEM的构造和工作原理
c.扫描线圈
★作用：使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫 描；即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电 子束在荧光屏上的同步扫描信号。
d.样品室
★主要部件是样品台。它能夹持一定尺寸的样品， 并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动, 以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
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2.4 SEM的成像衬度
扫描电镜分析优秀PPT
(a)×5000
(b)×5000
(c)×5000
(d)×5000
烧结温度为850℃，四种调湿材料的电镜图：（a） 样品1（b）样品2 (c）样品3（d）样品4
左图(a)、(b)、(c)、(d) 分别代表样品1(硅藻土)， 样品2(90%硅藻土，10%粉煤 灰)，样品3(98%硅藻土，2% 过硼酸钠)，样品4(90%硅藻 土，8%粉煤灰，2%过硼酸钠) 的电镜图。
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图5c.膨胀石
膨胀石墨折断后对它的内部截面进行扫描电镜观察,可以
发现其内表面上存在.大量厚度在50～80 nm的薄片,如图5c所
示。
图5d为充分粉碎后的膨胀石墨粉末的SEM图。所有的薄片
厚度均在100 nm以下,一般分布在30～80 nm.说明,膨胀石墨
扫描电镜的应用
组员：张海媛 邓青沂 褚鹏
1
简介
扫描电子显微镜是一种用途广泛的多功能仪器，具有很 多优越的性能，重要特点是景深大，图像富立体感，具有 三维形态。它可以进行三维形貌的观察和分析，当然，还 可以进行微区的成分分析等其他方面的应用。
2
一 纳米材料形貌的观察分析
图 1 是铝合金表面经 4.0 mol/L盐酸溶液刻蚀 12 min 后的扫描电镜 照片。从图 1(a)放大 3000 倍的扫描电镜照片中可见，刻蚀后的铝合金 表面上均匀地形成了许多凹坑状结构。图 1(b)为放大 5000 倍的照片， 从图中可以清楚地看到这些由长方体状的凸台和凹坑构成的深浅相间 的结构，这些凸台与凹坑之间相互连通,在表面上形成了一个“迷宫” 结构。
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图3. 扫描电镜10000倍率下的陶瓷膜层表面形貌
从图3可明显看出,在孔洞四周是蜂窝状的膜层。这是 由热影响区造成的,热影响区中的能量会影响烧结后陶瓷膜 层的形貌,图中的细小浅色颗粒是在烧结过程中由于烧结能 量极高,在瞬间烧结时发生溅射,溅射后经过烧结形成的产 物。
扫描电镜精品PPT课件
扫描电镜
SEM构造及原理：
构造：电子光学系统 信号收集处理系统 真空系统 供电系统
电子光学系统: 包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
电子枪 SEM 中的电子枪与TEM 中的相似，但加速电压更低。 热阴极电子枪 ，束斑可达6nm 。六硼化镧和场发射 电子枪，束斑更小。
电磁透镜（3个） 功 能： 聚焦电子枪束斑，50mm→nm级斑点。 前二者：强透镜，缩小电子束光斑 第三个：弱透镜，习惯称物镜，有较长的焦距， 使样品和透镜之间留有一定空间以装入 各种信号探测器。 SEM中束斑越小，成像单元越小，分辨率就愈高。
2) 选区电子通道花样： 微区范围 10 -15 um 产生花样的区域1-3mm
电子通道花样的标定
L—末级透镜至晶体表面的距离 M—花样放大倍数 W—荧光屏上某衬度带的宽度
EBSD技术
EBSD技术
EBSD技术相关原理 EBSD应用及数据处理
电子背散射衍射分析技术
基于扫描电镜（SEM）中电子束在倾斜 样品表面激发出并形成的衍射菊池带的 分析从而确定晶体结构、取向及相关信 息的方法。
信号收集处理系统
二次电子，背散射电子，透镜电子等信号都可用闪 烁计数器检测。
信号电子进入闪烁体即引起电离，当离子和自由电子 复合后产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电 倍增器，光信号放大，又转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大后成为调制信号。
真空系统
为保证电子光学系统的正常工作，对真空度有一定要 求。 真空度 > 1.33×10-2～1.33×10-3Pa 冷场发射真空度一般要达到：10-7 Pa
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像 管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线 圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，电子 束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一 个亮点。扫描电镜采用逐点成像的方法，把样品表 面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号， 完成一帧图像，从而在荧光屏上观察到样品表面的 各种特征图像。
SEM构造及原理：
构造：电子光学系统 信号收集处理系统 真空系统 供电系统
电子光学系统: 包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
电子枪 SEM 中的电子枪与TEM 中的相似，但加速电压更低。 热阴极电子枪 ，束斑可达6nm 。六硼化镧和场发射 电子枪，束斑更小。
电磁透镜（3个） 功 能： 聚焦电子枪束斑，50mm→nm级斑点。 前二者：强透镜，缩小电子束光斑 第三个：弱透镜，习惯称物镜，有较长的焦距， 使样品和透镜之间留有一定空间以装入 各种信号探测器。 SEM中束斑越小，成像单元越小，分辨率就愈高。
2) 选区电子通道花样： 微区范围 10 -15 um 产生花样的区域1-3mm
电子通道花样的标定
L—末级透镜至晶体表面的距离 M—花样放大倍数 W—荧光屏上某衬度带的宽度
EBSD技术
EBSD技术
EBSD技术相关原理 EBSD应用及数据处理
电子背散射衍射分析技术
基于扫描电镜（SEM）中电子束在倾斜 样品表面激发出并形成的衍射菊池带的 分析从而确定晶体结构、取向及相关信 息的方法。
信号收集处理系统
二次电子，背散射电子，透镜电子等信号都可用闪 烁计数器检测。
信号电子进入闪烁体即引起电离，当离子和自由电子 复合后产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电 倍增器，光信号放大，又转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大后成为调制信号。
真空系统
为保证电子光学系统的正常工作，对真空度有一定要 求。 真空度 > 1.33×10-2～1.33×10-3Pa 冷场发射真空度一般要达到：10-7 Pa
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像 管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线 圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，电子 束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一 个亮点。扫描电镜采用逐点成像的方法，把样品表 面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号， 完成一帧图像，从而在荧光屏上观察到样品表面的 各种特征图像。
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。
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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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图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
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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。
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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。
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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。
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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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图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
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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。
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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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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。
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。
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★目前：商品生产的SEM，二次电子像的分辨率已优于 5nm. 例如：日立公司的S-570型SEM的点分辨率为3.5nm；
TOPCON公司的OSM-720型SEM的点分辨率为0.9nm
2.3 SEM的主要性能
★影响分辨率的因素：
①扫描电子束的束斑直径 ； ②检测信号的类型； ③检测部位的原子序数；
c.扫描线圈
★作用：使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫 描；即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电 子束在荧光屏上的同步扫描信号。
d.样品室
★主要部件是样品台。它能夹持一定尺寸的样品， 并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动, 以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
2.2 SEM的构造和工作原理
引言
扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早 在1935年便已被提出来了。1942年，英国首 先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像 的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值 不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随 着电子工业技术水平的不断发展，到1956年 制造出了第一台商品扫描电镜。自其问世以来， 得到了迅速的发展，种类不断增多，性能日益 提高，并且已广泛地应用在生物学、医学、冶 金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发 展。
形貌衬度：由于试样表面形貌差别而形成的衬度。
成分衬度：由于试样表面不同部位原子序数不同而形 成的衬度。
2.4 SEM的成像衬度
2.4.1 二次电子像衬度
(1)二次电子成像原理 a.二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来子的性质：主要来自样品表层5~10nm深度范围， 当大于10nm时，能量较低(小于50eV)，且自由程较短， 不能逸出样品表面，最终被样品吸收。
2.4 SEM的成像衬度
e.二次电子形貌衬度图
二次电子形貌衬度示意图 B区，倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低； C区，倾斜度最大，二次电子产额最多，亮度最大；
2.4 SEM的成像衬度
实际样品中二次电子的激发过程示意图 a)凸出尖端；b)小颗粒；c)侧面；d)凹槽 ★实际中： (a)有凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处，则二次电 子产额较多，在荧光屏上这些部位亮度较大； (b)平面处，二次电子产额较小，亮度较低； (c)深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易被 检测到所以较暗。
新式SEM的二次电子像的分辨率已达到 3~4nm，放大倍数可以从数倍放大到20万倍左 右。
由于扫描电镜的景深远比光学显微镜大，可以 用它进行显微断口分析。
引言
• 扫描电镜的优点是: 1、有较高的放大倍数，20-20万倍之间连 续可调； 2、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； 3、试样制备简单； 4、可同时进行显微形貌观察和微区成分分 析。
2.1 SEM的构造和工作原理
2.1.1 SEM的结构
图片来源：深圳柯西数据公司
2.2 SEM的构造和工作原理
2.2.1 SEM的结构
扫描电镜
a.电子光学系统 b.信号收集处理，图像显示和记录系统
c.真空系统 （1）电子光学系统(镜筒)
电子枪 电磁透镜 扫描线圈 样品室
作用是用来获得很细的电子束（直径约几 个nm），作为产生物理信号的激发源。
精选材料测试方法 扫描电镜讲义(ppt)
JEOL扫描电子显微镜
图片来源：深圳柯西数据公司
图片来源：深圳柯西数据公司
JSM-6301F场发射枪扫描电镜
图片来源：深圳柯西数据公司
图片来源：深圳柯西数据公司
SEM image (beetle)
扫描电子显微镜
引言
扫描电子显微镜 (scanning electron microscope) 简称扫描电镜或SEM，它是以类似电视摄影显 像的方式利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激 发出来的各种物理信号来调制成像的。
★需要提供高的真空度，一般情况下要求保持 10-4-10-5mmHg的真空度。
2.3 SEM的主要性能
（1）分辨率(点分辨率)
分辨率是扫描电镜的主要性能指标。
★定义：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。
★测定方法：在已知放大倍数（一般在10万倍）的条件 下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值 就是分辨率。
扫描面积 (1cm)2 (1mm)2 (100μm)2 (10μm)2 (1μm)2
★ 90年代后期生产的高级SEM的放大倍数已到80万倍左右。
2.4 SEM的成像衬度
二次电子像衬度 分
背散射电子像衬度
衬度：电子像的明暗程度取决于电子束的强弱，当两 个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异， 这种差异就是衬度。
2.2 SEM的构造和工作原理
a.电子枪
★作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量 的电子束。 b.电磁透镜
★聚光镜作用：主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级 聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成只有几 个nm的细小束斑。 为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用3个。
2.2 SEM的构造和工作原理
c.二次电子的数量和原子序数没有明显的关系，对样品 微区表面的几何形状十分敏感。
2.4 SEM的成像衬度
d.二次电子成像原理图
二次电子产额最少
有效深度增加到2倍， 二次电子数量更多。
有效深度增加到 倍2 ，入射电子使距表面5-10nm 的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多，如：A— 较深的部位，虽有自由电子，但最终被样品吸收。
2.3 SEM的主要性能
（2）放大倍数
As—电子束在样品表面扫描的幅度； Ac—荧光屏阴极射线同步扫描的幅度； ∵Ac是固定不变的，∴As越小，M就越大.
2.3 SEM的主要性能
放大倍数与扫描面积的关系：
(若荧光屏画面面积为10×10cm2)
放大倍数
10× 100× 1,000× 10,000× 100,000×
（2）信号收集处理，图像显示和记录系统
作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产 生的各种物理信号，并进行放大；将信号检测 放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极 射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。
2.2 SEM的构造和工作原理
（3）真空系统 ★作用：保证电子光学系统正常工作，防止样品污 染，避免灯丝寿命快速下降。
TOPCON公司的OSM-720型SEM的点分辨率为0.9nm
2.3 SEM的主要性能
★影响分辨率的因素：
①扫描电子束的束斑直径 ； ②检测信号的类型； ③检测部位的原子序数；
c.扫描线圈
★作用：使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫 描；即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电 子束在荧光屏上的同步扫描信号。
d.样品室
★主要部件是样品台。它能夹持一定尺寸的样品， 并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动, 以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
2.2 SEM的构造和工作原理
引言
扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早 在1935年便已被提出来了。1942年，英国首 先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像 的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值 不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随 着电子工业技术水平的不断发展，到1956年 制造出了第一台商品扫描电镜。自其问世以来， 得到了迅速的发展，种类不断增多，性能日益 提高，并且已广泛地应用在生物学、医学、冶 金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发 展。
形貌衬度：由于试样表面形貌差别而形成的衬度。
成分衬度：由于试样表面不同部位原子序数不同而形 成的衬度。
2.4 SEM的成像衬度
2.4.1 二次电子像衬度
(1)二次电子成像原理 a.二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来子的性质：主要来自样品表层5~10nm深度范围， 当大于10nm时，能量较低(小于50eV)，且自由程较短， 不能逸出样品表面，最终被样品吸收。
2.4 SEM的成像衬度
e.二次电子形貌衬度图
二次电子形貌衬度示意图 B区，倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低； C区，倾斜度最大，二次电子产额最多，亮度最大；
2.4 SEM的成像衬度
实际样品中二次电子的激发过程示意图 a)凸出尖端；b)小颗粒；c)侧面；d)凹槽 ★实际中： (a)有凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处，则二次电 子产额较多，在荧光屏上这些部位亮度较大； (b)平面处，二次电子产额较小，亮度较低； (c)深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易被 检测到所以较暗。
新式SEM的二次电子像的分辨率已达到 3~4nm，放大倍数可以从数倍放大到20万倍左 右。
由于扫描电镜的景深远比光学显微镜大，可以 用它进行显微断口分析。
引言
• 扫描电镜的优点是: 1、有较高的放大倍数，20-20万倍之间连 续可调； 2、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； 3、试样制备简单； 4、可同时进行显微形貌观察和微区成分分 析。
2.1 SEM的构造和工作原理
2.1.1 SEM的结构
图片来源：深圳柯西数据公司
2.2 SEM的构造和工作原理
2.2.1 SEM的结构
扫描电镜
a.电子光学系统 b.信号收集处理，图像显示和记录系统
c.真空系统 （1）电子光学系统(镜筒)
电子枪 电磁透镜 扫描线圈 样品室
作用是用来获得很细的电子束（直径约几 个nm），作为产生物理信号的激发源。
精选材料测试方法 扫描电镜讲义(ppt)
JEOL扫描电子显微镜
图片来源：深圳柯西数据公司
图片来源：深圳柯西数据公司
JSM-6301F场发射枪扫描电镜
图片来源：深圳柯西数据公司
图片来源：深圳柯西数据公司
SEM image (beetle)
扫描电子显微镜
引言
扫描电子显微镜 (scanning electron microscope) 简称扫描电镜或SEM，它是以类似电视摄影显 像的方式利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激 发出来的各种物理信号来调制成像的。
★需要提供高的真空度，一般情况下要求保持 10-4-10-5mmHg的真空度。
2.3 SEM的主要性能
（1）分辨率(点分辨率)
分辨率是扫描电镜的主要性能指标。
★定义：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。
★测定方法：在已知放大倍数（一般在10万倍）的条件 下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值 就是分辨率。
扫描面积 (1cm)2 (1mm)2 (100μm)2 (10μm)2 (1μm)2
★ 90年代后期生产的高级SEM的放大倍数已到80万倍左右。
2.4 SEM的成像衬度
二次电子像衬度 分
背散射电子像衬度
衬度：电子像的明暗程度取决于电子束的强弱，当两 个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异， 这种差异就是衬度。
2.2 SEM的构造和工作原理
a.电子枪
★作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量 的电子束。 b.电磁透镜
★聚光镜作用：主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级 聚焦缩小，使原来直径约为50μm的束斑缩小成只有几 个nm的细小束斑。 为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用3个。
2.2 SEM的构造和工作原理
c.二次电子的数量和原子序数没有明显的关系，对样品 微区表面的几何形状十分敏感。
2.4 SEM的成像衬度
d.二次电子成像原理图
二次电子产额最少
有效深度增加到2倍， 二次电子数量更多。
有效深度增加到 倍2 ，入射电子使距表面5-10nm 的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多，如：A— 较深的部位，虽有自由电子，但最终被样品吸收。
2.3 SEM的主要性能
（2）放大倍数
As—电子束在样品表面扫描的幅度； Ac—荧光屏阴极射线同步扫描的幅度； ∵Ac是固定不变的，∴As越小，M就越大.
2.3 SEM的主要性能
放大倍数与扫描面积的关系：
(若荧光屏画面面积为10×10cm2)
放大倍数
10× 100× 1,000× 10,000× 100,000×
（2）信号收集处理，图像显示和记录系统
作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产 生的各种物理信号，并进行放大；将信号检测 放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极 射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。
2.2 SEM的构造和工作原理
（3）真空系统 ★作用：保证电子光学系统正常工作，防止样品污 染，避免灯丝寿命快速下降。