扫描电镜第二期理论知识培训PPT课件
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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
第1页/共36页
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。
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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
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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19
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。
信号收集：二次电子和背散射电子收集器、吸收电子显示器、 X射线检测器（波谱仪和能谱仪）。
显示系统：显示屏有两个，一个用于观察，一个用于记录照 相。阴极射线管CRT扫描一帧图像可以有0.2s、0.5s等扫描速 度，10cm×10cm的屏幕，一般有500条线，用于人眼观察； 照相的800〜1000条线。观察时为便于调焦，采用快的扫描 速度；拍照时为得到高分辨率，采用慢的扫描扫描速度（50 〜100s）。
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9
图3 三种不同类型的电子枪材质
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10
电磁透镜
作用：是把电子枪的束斑逐渐缩小，从原来直径约为50μm的 束斑缩小成一个只有几nm的细小束斑。
工作原理：一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来 缩小电子束光斑尺寸。
第三个聚光镜是弱透镜（习惯上称其为物镜），具有较长的 焦距，它的功能是在样品室和透镜之间留有尽可能大的空间， 以便装入各种信号探测器。在该透镜下方放置样品可避免磁 场对二次电子轨迹的干扰。
探测器收集信号电子，经过放大、转换，在显示系统上成像 （扫描电子像）。
二次电子的图像信号动态地形成三维图像。 简单概括起来就是“光栅扫描，逐点成像”。
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4
SEM的主要结构
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19
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。
信号收集：二次电子和背散射电子收集器、吸收电子显示器、 X射线检测器（波谱仪和能谱仪）。
显示系统：显示屏有两个，一个用于观察，一个用于记录照 相。阴极射线管CRT扫描一帧图像可以有0.2s、0.5s等扫描速 度，10cm×10cm的屏幕，一般有500条线，用于人眼观察； 照相的800〜1000条线。观察时为便于调焦，采用快的扫描 速度；拍照时为得到高分辨率，采用慢的扫描扫描速度（50 〜100s）。
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图3 三种不同类型的电子枪材质
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10
电磁透镜
作用：是把电子枪的束斑逐渐缩小，从原来直径约为50μm的 束斑缩小成一个只有几nm的细小束斑。
工作原理：一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来 缩小电子束光斑尺寸。
第三个聚光镜是弱透镜（习惯上称其为物镜），具有较长的 焦距，它的功能是在样品室和透镜之间留有尽可能大的空间， 以便装入各种信号探测器。在该透镜下方放置样品可避免磁 场对二次电子轨迹的干扰。
探测器收集信号电子，经过放大、转换，在显示系统上成像 （扫描电子像）。
二次电子的图像信号动态地形成三维图像。 简单概括起来就是“光栅扫描，逐点成像”。
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4
SEM的主要结构
蔡司场发射扫描电镜操作培训课件
工作原理简介
电子枪发射电子，经 过加速和聚焦形成电 子束。
信号被探测器接收并 转换为电信号，经过 处理后形成图像。
电子束在磁场作用下 扫描样品表面，与样 品相互作用产生各种 信号。
设备的主要组件和功能
聚光镜
将电子束聚焦并调 整光束大小。
探测器
接收样品产生的信 号，并将其转换为 电信号。
电子枪
发射电子，是电镜 的照明源。
蔡司场发射扫描电镜操作培训课件
目录
• 设备介绍 • 操作流程 • 高级操作与优化 • 应用与案例展示 • 安全注意事项
01 设备介绍
设备概述
01
蔡司场发射扫描电镜是一种高分 辨率、高放大倍率的电子显微镜 ，用于观察和分析材料表面的微 观结构和形貌。
02
它采用电子作为照明源，通过电 子束扫描样品表面，将产生的信 号收集并处理成图像。
紧急情况处理
如遇电镜异常或故障，应立即切断电 源，保持现场，并及时联系专业维修 人员。
若发生触电或火灾等紧急情况，应迅 速切断电源，使用灭火器扑灭火灾， 同时拨打紧急电话求救。
安全培训与教育
操作人员应接受专业培训，熟悉电镜的基本原理、操作流程 及安全注意事项。
定期对操作人员进行安全教育培训，提高安全意识，确保操 作过程的安全性。
陶瓷与玻璃材料探索
研究陶瓷和玻璃材料的微观结构，如气孔率、晶相组成和显微组织 。
表面科学探索
01
ห้องสมุดไป่ตู้
02
03
表面形貌分析
利用场发射扫描电镜观察 材料表面的形貌和粗糙度 ，分析表面的物理和化学 性质。
表面元素组成分析
结合能谱仪等附件，对材 料表面元素进行定性和定 量分析，了解表面化学组 成。
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
电镜第二期理论知识培训ppt课件
不容易获得连续均匀的镀层，容易形成岛状结构， 从而掩盖样品的真实表面。
样品制备
表面镀膜最常用的方法有真空蒸发和离子溅射两种方法。
离子溅射也是常用的表面 镀膜方法
其溅射原理见图。
与真空蒸发相比，当金属 薄膜的厚度相同时，利用 离子溅射法形成的金属膜 具有粒子形状小，岛状结 构小的特点。
样品制备
❖ 保持光学系统 正常工作；
❖ 防止样品污染 ❖ 真空度
1.3310-2 --- 1.33 10-3Pa
三. SEM的主要性能指标
（1）．放大倍数
K ＝ As Ac
荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅
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×
各种信号的深度和区域大小
二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。 因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
• Edge effect (secondary electron emission differing with surface condition).
在样品表面镀金属层不仅可以防止荷电现象， 换可以减轻由电子束引起的样品表面损伤；增 加二次电子的产率，提高图像的清晰度；并可 以掩盖基材信息，只获得表面信息。
样品制备
一般金属层的厚度在10nm，不能太厚。 镀层太厚就可能会盖住样品表面的细微 ，得不到
样品表面的真实信息。 假如样品镀层太薄，对于样品表面粗糙的样品，
样品制备
表面镀膜最常用的方法有真空蒸发和离子溅射两种方法。
离子溅射也是常用的表面 镀膜方法
其溅射原理见图。
与真空蒸发相比，当金属 薄膜的厚度相同时，利用 离子溅射法形成的金属膜 具有粒子形状小，岛状结 构小的特点。
样品制备
❖ 保持光学系统 正常工作；
❖ 防止样品污染 ❖ 真空度
1.3310-2 --- 1.33 10-3Pa
三. SEM的主要性能指标
（1）．放大倍数
K ＝ As Ac
荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅
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×
各种信号的深度和区域大小
二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。 因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
• Edge effect (secondary electron emission differing with surface condition).
在样品表面镀金属层不仅可以防止荷电现象， 换可以减轻由电子束引起的样品表面损伤；增 加二次电子的产率，提高图像的清晰度；并可 以掩盖基材信息，只获得表面信息。
样品制备
一般金属层的厚度在10nm，不能太厚。 镀层太厚就可能会盖住样品表面的细微 ，得不到
样品表面的真实信息。 假如样品镀层太薄，对于样品表面粗糙的样品，
扫描电镜第二期理论知识培训
扫描电镜
scanning electron microscope ，SEM
第二期理论知识培训
2019年11月21日
培训概况 培训内容 疑难问题解答
培训时间： 2019年11月21日～30日；
培训概况
培训地点： 湖北工业大学分析测试中心电镜室；
培训方式： 一、扫描电镜理论知识培训 二、扫描电镜操作培训 三、能谱理论知识及操作培训 四、上机培训
3
理论知识培训内容
扫描电镜工作原理 扫描电镜构造 扫描电镜主要性能指标 样品的制备 使用技巧及注意问题
一、扫描电镜工作原理
扫描电镜的成像原理和光学显微镜大不相同，它不用光学 透镜来进行放大成像，而是用钨灯丝产生高速电子束击打样品表 面激发出各种信号，由激发的信号转化成衬度不同的图像来实现 对样品的观察。
物镜
光栅扫描 角光栅扫描
样品室 Sample chamber
主要功能： 放置样品 安置信号探测器
信号的收集和图象显示系统
二次电子和背散射电子 进入闪烁体，引起电离 离子和自由电子复合形成可见光
光信号放大，转换电流信号，视 频放大成为调制信号
真空系统 Vacuum
保持光学系统 正常工作；
二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X 射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨 率远低于二次电子像和背反射电子像。
25
（3）景深 • 景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。 • 扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大
背散射电子的产额与原子序数密切相关
在原子序数低于40范围内，原子序数越高，背散 射电子产额越大，图象越亮，反之亦然 定性成分分析。
scanning electron microscope ，SEM
第二期理论知识培训
2019年11月21日
培训概况 培训内容 疑难问题解答
培训时间： 2019年11月21日～30日；
培训概况
培训地点： 湖北工业大学分析测试中心电镜室；
培训方式： 一、扫描电镜理论知识培训 二、扫描电镜操作培训 三、能谱理论知识及操作培训 四、上机培训
3
理论知识培训内容
扫描电镜工作原理 扫描电镜构造 扫描电镜主要性能指标 样品的制备 使用技巧及注意问题
一、扫描电镜工作原理
扫描电镜的成像原理和光学显微镜大不相同，它不用光学 透镜来进行放大成像，而是用钨灯丝产生高速电子束击打样品表 面激发出各种信号，由激发的信号转化成衬度不同的图像来实现 对样品的观察。
物镜
光栅扫描 角光栅扫描
样品室 Sample chamber
主要功能： 放置样品 安置信号探测器
信号的收集和图象显示系统
二次电子和背散射电子 进入闪烁体，引起电离 离子和自由电子复合形成可见光
光信号放大，转换电流信号，视 频放大成为调制信号
真空系统 Vacuum
保持光学系统 正常工作；
二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X 射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨 率远低于二次电子像和背反射电子像。
25
（3）景深 • 景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。 • 扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大
背散射电子的产额与原子序数密切相关
在原子序数低于40范围内，原子序数越高，背散 射电子产额越大，图象越亮，反之亦然 定性成分分析。
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11/22/2020
各种信号的深度和区域大小
11/22/2020
二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。 因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
电磁透镜 Electron Lenses
功能：把电子枪 的束斑逐级聚焦 缩小，使原来直 径约为50 m束 斑缩小成一个只 有数纳米的细小 斑点。
11/22/2020
三个聚光镜
两个强磁透镜 缩小电子束光斑
一个弱磁透镜（物镜） 具有较长的焦距
照射在样品上的电子束直径越小，成像单元尺寸越小， 分辨率越高。
扫描电镜
scanning electron microscope ，SEM
第二期理论知识培训
2012年11月21日
培训概况 培训内容 疑难问题解答
培训时间： 2012年11月21日～30日；
培训概况
培训地点： 湖北工业大学分析测试中心电镜室；
培训方式： 一、扫描电镜理论知识培训 二、扫描电镜操作培训 三、能谱理论知识及操作培训 四、上机培训
11/22/2020
• Edge effect (secondary electron emission differing with surface condition).
样品表面凹凸变化大的边缘区域，二次电子散射区域与样品表面接 近的面积增大，结果使边缘区域二次电子发射异常地增加。在图像 中这些区域特别亮，造成不自然地反差，称为“边缘效应”。这虽 然并非由于操作引起地图像缺陷，但可通过适当地操作尽量减少。 主要方法是降低加速电压，这可以使边缘效应相对减轻 。
二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X 射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨 率远低于二次电子像和背反射电子像。
11/22/2020
背散射电子像
❖ 背散射电子的产额与原子序数密切相关
在原子序数低于40范围内，原子序数越高，背散
射电子产额越大，图象越亮，反之亦然
定
性成分分析。
如果A区的原子序数 大于B区的原子序数， 则A区相对于图象上 是亮区，B区为暗区。
A
B
B
A
A
A
B
11/22/2020
BSE
SEI
11/22/2020
3理论知识培训ຫໍສະໝຸດ 容➢ 扫描电镜工作原理 ➢ 扫描电镜构造 ➢ 扫描电镜主要性能指标 ➢ 样品的制备 ➢ 使用技巧及注意问题
11/22/2020
一、扫描电镜工作原理
扫描电镜的成像原理和光学显微镜大不相同，它不用光学透 镜来进行放大成像，而是用钨灯丝产生高速电子束击打样品表面 激发出各种信号，由激发的信号转化成衬度不同的图像来实现对 样品的观察。
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扫描线圈 Scanning coils
❖扫描线圈作用 使电子束偏转，并在样品表面作有规则的 扫动。
❖ 扫描方式 光栅扫描 （相貌分析） 角光栅扫描（电子通道花样分析）
入射电子束 入射电子束 物镜
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光栅扫描 角光栅扫描
样品室 Sample chamber
❖ 主要功能： 放置样品 安置信号探测器
11/22/2020
三. SEM的主要性能指标
（1）．放大倍数
K ＝ As Ac
荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅
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×
扫描面积 (1cm)2 (1mm)2 (100μm)2 (10μm)2 (1μm)2
• 背散射电子：来自样品表面几百纳米的深度范围，由于它的产额能随样 品原子序数增大而增多，所以可以用来显示原子序数衬度，定性地用作 成分分析，即BSD探头收集信号进行分析。
• 特征X射线：当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就 会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电 子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。不同元素的特征X射 线也不同，每种特征X射线的波长、能量都各不相同，用来收集特征X射 线、并根据测定特征波长来分辨元素的谱仪叫波谱仪（WDS），根据测 定特征能量来分辨元素的谱仪叫能谱仪（EDS）。
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信号的收集和图象显示系统
二次电子和背散射电子 进入闪烁体，引起电离 离子和自由电子复合形成可见光
光信号放大，转换电流信号，视 频放大成为调制信号
11/22/2020
真空系统 Vacuum
❖ 保持光学系统 正常工作；
❖ 防止样品污染 ❖ 真空度
1.3310-2 --- 1.33 10-3Pa
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（2）分辨率 ： 样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间的距离。 如何测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度除以放大倍数。 影响SEM图像分辨率的主要因素有：
①扫描电子束斑直径 ； ②入射电子束在样品中的扩展效应； ③操作方式及其所用的调制信号； ④信号噪音比； ⑤杂散磁场； ⑥机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。
主要物理信号
特征X射线 背散射电子 阴极荧光
高能电子束
↓ ↓ ↓
二次电子
二次电子探头
~10nm (二次电子激发深度)
样品电流
散射电子
透射电子
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电子束感生电流
信号收集及显示系统
11/22/2020
SEM中的三种主要信号
• 二次电子：二次电子一般都在表层5-10nm深度范围内发射出来，它对样 品的表面形貌十分敏感，因此能非常有效的显示样品表面形貌。
二、扫描电镜的构造
❖ 电子光学系统 ❖ 信号收集 ❖图象显示记录系统 ❖ 真空系统
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电子光学系统
❖ 电子枪 ❖ 电磁透镜 ❖ 扫描线圈 ❖ 样品室
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电子枪 Electron Gun
•Wehnelt Cap • Flament • Anode
11/22/2020
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扫描电镜工作原理
11/22/2020
电子枪发射的电子束 经过3个电磁透镜聚焦
在样品表面按顺序逐行 扫描，激发样品产生各种 物理信号:二次电子、背散 射电子、特征X射线等。
信号强度随样品表面特 征而变。它们分别被相 应的收集器接受，经放 大器按顺序、成比例地 放大后，送到显像管。
各种信号的深度和区域大小
11/22/2020
二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。 因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
电磁透镜 Electron Lenses
功能：把电子枪 的束斑逐级聚焦 缩小，使原来直 径约为50 m束 斑缩小成一个只 有数纳米的细小 斑点。
11/22/2020
三个聚光镜
两个强磁透镜 缩小电子束光斑
一个弱磁透镜（物镜） 具有较长的焦距
照射在样品上的电子束直径越小，成像单元尺寸越小， 分辨率越高。
扫描电镜
scanning electron microscope ，SEM
第二期理论知识培训
2012年11月21日
培训概况 培训内容 疑难问题解答
培训时间： 2012年11月21日～30日；
培训概况
培训地点： 湖北工业大学分析测试中心电镜室；
培训方式： 一、扫描电镜理论知识培训 二、扫描电镜操作培训 三、能谱理论知识及操作培训 四、上机培训
11/22/2020
• Edge effect (secondary electron emission differing with surface condition).
样品表面凹凸变化大的边缘区域，二次电子散射区域与样品表面接 近的面积增大，结果使边缘区域二次电子发射异常地增加。在图像 中这些区域特别亮，造成不自然地反差，称为“边缘效应”。这虽 然并非由于操作引起地图像缺陷，但可通过适当地操作尽量减少。 主要方法是降低加速电压，这可以使边缘效应相对减轻 。
二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X 射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨 率远低于二次电子像和背反射电子像。
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背散射电子像
❖ 背散射电子的产额与原子序数密切相关
在原子序数低于40范围内，原子序数越高，背散
射电子产额越大，图象越亮，反之亦然
定
性成分分析。
如果A区的原子序数 大于B区的原子序数， 则A区相对于图象上 是亮区，B区为暗区。
A
B
B
A
A
A
B
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BSE
SEI
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3理论知识培训ຫໍສະໝຸດ 容➢ 扫描电镜工作原理 ➢ 扫描电镜构造 ➢ 扫描电镜主要性能指标 ➢ 样品的制备 ➢ 使用技巧及注意问题
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一、扫描电镜工作原理
扫描电镜的成像原理和光学显微镜大不相同，它不用光学透 镜来进行放大成像，而是用钨灯丝产生高速电子束击打样品表面 激发出各种信号，由激发的信号转化成衬度不同的图像来实现对 样品的观察。
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扫描线圈 Scanning coils
❖扫描线圈作用 使电子束偏转，并在样品表面作有规则的 扫动。
❖ 扫描方式 光栅扫描 （相貌分析） 角光栅扫描（电子通道花样分析）
入射电子束 入射电子束 物镜
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光栅扫描 角光栅扫描
样品室 Sample chamber
❖ 主要功能： 放置样品 安置信号探测器
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三. SEM的主要性能指标
（1）．放大倍数
K ＝ As Ac
荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅
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×
扫描面积 (1cm)2 (1mm)2 (100μm)2 (10μm)2 (1μm)2
• 背散射电子：来自样品表面几百纳米的深度范围，由于它的产额能随样 品原子序数增大而增多，所以可以用来显示原子序数衬度，定性地用作 成分分析，即BSD探头收集信号进行分析。
• 特征X射线：当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就 会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电 子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。不同元素的特征X射 线也不同，每种特征X射线的波长、能量都各不相同，用来收集特征X射 线、并根据测定特征波长来分辨元素的谱仪叫波谱仪（WDS），根据测 定特征能量来分辨元素的谱仪叫能谱仪（EDS）。
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信号的收集和图象显示系统
二次电子和背散射电子 进入闪烁体，引起电离 离子和自由电子复合形成可见光
光信号放大，转换电流信号，视 频放大成为调制信号
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真空系统 Vacuum
❖ 保持光学系统 正常工作；
❖ 防止样品污染 ❖ 真空度
1.3310-2 --- 1.33 10-3Pa
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（2）分辨率 ： 样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间的距离。 如何测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度除以放大倍数。 影响SEM图像分辨率的主要因素有：
①扫描电子束斑直径 ； ②入射电子束在样品中的扩展效应； ③操作方式及其所用的调制信号； ④信号噪音比； ⑤杂散磁场； ⑥机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。
主要物理信号
特征X射线 背散射电子 阴极荧光
高能电子束
↓ ↓ ↓
二次电子
二次电子探头
~10nm (二次电子激发深度)
样品电流
散射电子
透射电子
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电子束感生电流
信号收集及显示系统
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SEM中的三种主要信号
• 二次电子：二次电子一般都在表层5-10nm深度范围内发射出来，它对样 品的表面形貌十分敏感，因此能非常有效的显示样品表面形貌。
二、扫描电镜的构造
❖ 电子光学系统 ❖ 信号收集 ❖图象显示记录系统 ❖ 真空系统
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电子光学系统
❖ 电子枪 ❖ 电磁透镜 ❖ 扫描线圈 ❖ 样品室
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电子枪 Electron Gun
•Wehnelt Cap • Flament • Anode
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扫描电镜工作原理
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电子枪发射的电子束 经过3个电磁透镜聚焦
在样品表面按顺序逐行 扫描，激发样品产生各种 物理信号:二次电子、背散 射电子、特征X射线等。
信号强度随样品表面特 征而变。它们分别被相 应的收集器接受，经放 大器按顺序、成比例地 放大后，送到显像管。