扫描电镜的结构、原理及其操作使用ppt
1扫描电镜SEMPPT课件
减速模式
减速模式提高分辨率，减小样品损伤，消除核电效应， 各种信息对表面更为敏感。
能谱
特征X射线的产生是由入射电子激发元素内层电子而 发生的。即内壳层电子被轰击后跳到比费米能级高的能 级上，电子轨道内出现的空位被外层轨道的电子填入时， 放出的能量就是特征X 射线。高能级的电子落入空位时， 要遵从所谓的选择规则（selection rule），只允许满足轨 道量子数l的变化Δl＝±1 的特定跃迁。特征X 射线具有 元素固有的能量。所以，将它们展开成能谱后，根据它 的能量值就可以确定元素的种类，而且根据谱的强度分 析就可以确定其含量。
扫描电镜样品室空间较大，进行 较全面的原位分析，放大倍数连 续调节范围大，景深长，分辨本 领较高
分析中心扫描电镜发展
扫描电子显微镜结构、原理
1 2
3
SEM结构
扫描电子显微镜结构、工作原理
电子枪
热发射电子枪
场发射电子枪
灯
丝
优于
决
定因素：Fra bibliotek磁透镜
旋转对称的磁场对电子束有聚焦作用，能使电子束聚焦 成像。产生这种旋转对称非均匀磁场的线圈装置就是磁透镜.
背散射电子衬度
如果试样表面存在不均 匀的元素分布，则平均原子 序数较大的区域将产生强的 被散射电子信号，因而在被 散射电子像上显示出较亮的 衬度；反之平均原子序数较 小的区域在被散射电子像上 是暗区。因此，根据被散射 电子像的亮暗程度，可判别 出相应区域的原子序数的相 对大小，由此可对金属及合 金的显微组织进行成分分析。
低真空（Helix探头）
Helix探测技术将浸入式透镜和低真空扫描电镜两种技术 成功地组合在一起，在带来超高分辨率的同时，还能在低真 空环境下有效地抑制非导电材料的电荷积累效应。
扫描电子显微镜 引言扫描电镜结构原理扫描电镜图象及衬扫描电镜结果分析示例扫描电镜的主要特点PPT课件
电子探针分析过程中一般不损坏试样，试样
分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分
析测试，这对于文物、古陶瓷、古硬币及犯罪证
据等的稀有试样分析尤为重要。
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5. 微区离子迁移研究
多年来，还用电子探针的入射电子 束注入试样来诱发离子迁移，研究了固 体中微区离子迁移动力学、离子迁移机 理、离子迁移种类、离子迁移的非均匀 性及固体电解质离子迁移损坏过程等， 已经取得了许多新的结果。
二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电 子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量 小于50eV电子统称为二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才 能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
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结论
背散射电子与二次电子 的信号强度与Z的关系
粉体形貌观察
(a) 300×
(b) 6000×
α—Al203团聚体(a)和 团聚体内部的一次粒子结构形态(b)
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钛酸铋钠粉体的六面体形貌 20000×
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扫描电镜的主要性能与特点
▪放大倍率高（M=Ac/As）
▪分辨率高（d0=dmin/M总） ▪景深大（F≈ d0/β）
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能谱定性分析主要是根据不同元素之 间的特征X 射线能量不同，即E＝hν，h 为普朗克常数，ν为特征X 射频率， 通过 EDS 检测试样中不同能量的特征X 射线， 即可进行元素的定性分析，EDS 定性速度 快，但由于它分辨率低，不同元素的特征 X 射线谱峰往往相互重叠，必须正确判断 才能获得正确的结果，分析过程中如果谱 峰相互重叠严重，可以用WDS和EDS联合 分析，这样往往可以得到满意的结果。
扫描电镜精品PPT课件
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
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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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5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
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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。
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15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
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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PPT课件
一、像衬原理 二、二次电子像衬度及特点 三、背散射电子像衬度及特 点
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一、像衬原理
• 高能电子入射固体样品激发产生各种物理信号， 样品微区特征不同，则在电子束作用下产生的 各种物理信号强度也不同，使得阴极射线管荧 光屏上不同的区域会出现不同亮度，从而获得 具有一定衬度的图像。
• 扫描电镜可通过样品上方的电子检测器检测到 具有不同能量的信号电子，常用的信号电子有 背散射电子、二次电子、吸收电子、俄歇电子 等。
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入射电子束
特征X射线 俄歇电子
背散射电子 二次电子
样品
吸收电子
透射电子
电子束和固体样品作用时产生的各种物理信号
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一、背反射电子 定义：被固体样品原子反射回来的一部分入射电子。 分类：弹性背反射电子和非弹性背反射电子。 产生范围：1000Ǻ到1um。 成像分辩率：500～2000Ǻ。 产额：与试样的原子序数有密切关系，背反射电子产
f3
末光栏
样品
❖ 电子光学系统示意图
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2.信号收集和显示系统
组成：包括信号检测器，前置放大器和显示装 置。
作用：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
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3.电源系统
组成：稳压、稳流及相应的安全保护电路。 作用：提供扫描电子显微镜各部分所需要电源。
1.电子光学系统 组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等。 作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物
理 信号的激发源。
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电子枪
第一最小交叉截斑Φ≈30um
扫描电镜的基本工作原理及主要图象方式PPT课件
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图4 电子与物质的相互作用
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3.成象原理
扫描电镜的成象过程与电视的摄象——显象过程很相似。 来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描 线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束 （实际上也是电子束）做同步扫描，使阴极射束在荧光屏 上的照射点（称为象点）与电子束在样品上的照射点（称 为物点）按时间顺序一一对应，样品上的物点在电子束作 用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大 后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试 样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性 质有关的图象。这是一种按时间顺序逐点成象的方式。前 面提到的电子束与样品相互作用所产生的各种信息都可以 作为调制图象的信号。
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2.二次电子的收集 二次电子常用装在样品室侧面的闪烁体——光电
倍增管检测器检测。入射电子产生的二次电子被加 有+100V至+200V偏压的栅网收集。闪烁体表面有几 十个纳米厚的导电铝膜，在其加上+10KV偏压。穿 过收集栅网的二次电子被加速到闪烁体。具有加速 电子的能量，足以使闪烁体发光，光强度与二次电 子数量成正比。闪烁体发出的光量子通过光导管送 到光电倍增管转换成电压信号，用来调制阴极束。
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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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；•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
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
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。
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。
•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。
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。
放大倍率一般是20～20×104倍。
()
()
c s A CRT M A 上扫描振幅电子束在样品表面扫描振幅
二、扫描电镜的构造(a)光栅扫描(b)角光栅扫描
图4
电
子
束
在
样
品
表面
的
扫
描
方
式
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）。
•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1×10-5Pa，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。
•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。
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。
•图像调整
•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
•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。
•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。
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。
•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。
•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。
•亮度与对比度的选择
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。
E N D！。