扫描电镜的分辨率
扫描电镜
1.扫描电子显微镜的成像原理：与透射电镜完全不同，它不用电磁透镜放大成像。
而是以类似电视摄影显像的方式。
利用细聚焦高能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。
扫描电子显微镜的特点：①高分辨率：普通钨灯丝扫描电镜其二次电子像的分辨率达3～4nm；而场发射扫描电镜可达1～2nm。
②高放大倍数：10倍～50万连续可调，原位放大。
③高景深：适合于粗糙表面及断口形貌的显微分析。
④多功能：可与其它分析仪器相组合，能在同一台仪器上进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。
2电子束与固体样品作用高能入射电子束轰击固体样品，与样品物质中的原子核、核外电子相互作用，而发生散射和吸收。
原子对电子散射：也分弹性散射与非弹性散射。
1)、弹性散射：入射电子与原子核的相互作用。
2). 非弹性散射：入射电子与原子中核外电子作用。
入射电子能量传给原子而发生变化，并引起原子结构变化，产生各种电子激发或辐射。
3)吸收：入射电子在固体中散射比X 射线强得多，固体对电子的“吸收”强烈。
吸收表现：随着激发次数增多，入射电子动能逐渐减小，引起强度衰减，直到耗尽，最终被固体吸收（束缚）。
电子束与固体样品作用时产生的信号1)．背散射电子：指被固体样品中原子核反弹回的一部分入射电子。
含弹性的和非弹性的①弹性背散射电子：指被样品物质中原子核反弹回来，散射角>90o的部分入射电子，其能量基本无损失，只改变方向。
特点：能量高，能达数千～数万电子伏。
②非弹性背散射电子：入射电子和核外电子相互作用，不仅方向改变、能量有不同程度损失，经多次散射后仍能回表面（散射角> 90o ）的电子。
背散射电子特点：能量：从数十eV～数千eV很宽。
数量：弹性的远比非弹性的所占份额多。
来源：样品表层几百nm深度。
产额：随原子序数Z增大而增多。
2)．二次电子：指被入射电子击出，并离开样品表面的样品物质核外电子。
二次电子特点：①大多（90％）是来自样品原子外层的价电子。
扫描电镜讲义
x-射线波谱：光电倍增管
瞬间只接收一能量（波长）的x-射线，简称波谱
金
W、Si的波谱线扫描结果
断面背散射电子象和C、W、Si的波谱象 W
C
Si
SEM的新附件： EBSD 技术
（电子背散射衍射技术）
EBSD系统附件的构成
EBSD分析系统的构成
SEM所获得的EBSD花样
冷轧铝箔在再结晶初期的EBSD分析结果
(上图) 晶粒取向图（彩图） (下图) [111]方向极图
荷兰FEI公司 Sirion 扫描电子显微镜
日本电子 JSM-6700F 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜的结构示意图
扫描电子显微镜的扫描成象方式
象电视的工作方式一样
扫描电子显微镜探测的三种主要分析模式
* 电子： 二次电子(SE) 背散射电子 (BE)(以及俄歇电子)
* x-射线： 特征x-射线
0.1m
* 不能分析化学成分
扫描电子显微镜解决问题的方法
* 用波长较短的电子束为光源 (25kV时，波长 =0.007nm )，分辨率可达 5nm，放大倍数
10-100000 * 扫描方式导致长物距
数十 m （1000 时） 不再要求金相准备
* 以电子束诱发原子内层电子跃迁，产生一定波长 的特征x-射线，测量其能量或波长分布，将微 区图象分析与成分分析相结合
(以及x-射线连续谱)
* 以及其他信号
如样品电流、电子磁场 偏转、通道花样、感生 电流、阴极荧光等
扫描电镜检测国际标准
扫描电镜检测国际标准扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的表面形貌和成分分析仪器，广泛应用于材料科学、生物科学、化学科学等领域。
扫描电镜检测国际标准是指对扫描电镜的性能、操作规范以及检测结果的要求和规定。
本文将介绍扫描电镜检测国际标准的相关内容。
首先，扫描电镜检测国际标准主要包括以下几个方面的内容：仪器性能指标、操作规范、样品制备要求以及结果评定等。
一、仪器性能指标扫描电镜的性能指标主要包括分辨率、放大倍数、加速电压、探针电流、成像方式等。
分辨率是指扫描电镜对样品表面微细结构的分辨能力，一般以纳米级别为标准。
放大倍数是指扫描电镜对样品进行放大的倍数，一般要求在数千倍至数十万倍之间。
加速电压和探针电流是指扫描电镜的工作电压和探针束的电流大小，不同的样品和分析目的需要选择不同的参数。
成像方式是指扫描电镜的成像模式，常见的有二次电子成像（SEI）和反射电子成像（BEI）等。
二、操作规范扫描电镜的操作规范主要包括仪器的开机与关机步骤、样品的安装与卸载方法、参数设置与调整等。
在使用扫描电镜之前，需要确保仪器处于正常工作状态，并进行相关的预热和真空泵抽气等操作。
样品安装时需要注意避免污染和损坏，同时要根据不同的样品类型和分析目的进行参数设置和调整，以获得最佳的成像效果。
三、样品制备要求样品制备是扫描电镜检测中非常重要的一步，对于不同类型的样品需要采取不同的制备方法。
常见的样品制备方法包括金属涂覆、冷冻切片、离子切割等。
金属涂覆是为了提高样品的导电性和减少电荷积累而进行的处理，冷冻切片是为了观察生物样品内部结构而进行的处理，离子切割则是为了获得样品横截面而进行的处理。
在样品制备过程中需要注意避免污染和损坏，并根据不同的制备方法进行相应的操作。
四、结果评定扫描电镜检测结果的评定主要包括图像质量评价和成分分析评价两个方面。
图像质量评价是指对扫描电镜图像的清晰度、对比度、噪声等进行评估，以确定图像是否满足分析要求。
电磁透镜和像差哪些因素会影响扫描电镜的分辨率
电磁透镜和像差：哪些因素会影响扫描电镜的分辨率?发布者：飞纳电镜分辨率是扫描电镜（SEM）最重要的参数之一。
分辨率越好，可以看到的特征尺寸越小。
分辨率的好坏往往取决于聚焦在样品上的电子束斑的直径（即束斑尺寸）。
在非理想电子光学系统中，束斑尺寸会因像差而变大。
什么是电子光学系统中的像差？它们如何影响束斑尺寸？在这篇博客中，将回答这些问题并进行深入的分析。
一个非常简单的电子光学系统的例子在之前的博客中，谈到了镜筒和透镜组。
通常，镜筒由一组透镜组成，这些透镜具有约束电子束并将电子聚焦于样品表面的功能。
样品上的束斑尺寸决定了电子显微镜的分辨率。
但是，束斑尺寸是如何定义的呢？看看最简单的电子光学系统，如图1所示。
图1：最简单的电子光学系统由一个位于顶部的电子光源及聚焦电子束到样品表面的透镜组成。
在这个系统中，我们知道电子源与透镜之间的距离（物距）和透镜与样品之间的距离（像距）。
像距通常也称为工作距离，它随样品高度的变化而变化。
像距与物距的比值给出了电子光学系统的放大倍数。
对束斑尺寸的第一份贡献来自电子发射源的缩聚，加上电子源的确有一个尺寸，它并不是无限小的。
电子源的贡献尺寸- d source是由电子源的大小乘以电子光学系统的放大倍数：d source = M·S source其中M为放大倍数，S source为电子源大小。
因此，如果一个虚拟大小为50 nm的电子源和一个电子光学系统，其中像距离是物距的一半，电子源贡献的探针尺寸是25 nm。
这意味着，即使对于没有像差的理想透镜系统，最小的束斑尺寸是25nm。
电子光学系统中的像差实际上，透镜并不理想，这就会带来像差。
像差的存在，使得样品上的探针变得模糊，尺寸增大。
在电子光学系统中，束斑尺寸受球差和色差的影响。
当光束中内部和外部的光没有聚焦在同一平面上时，就会产生球差。
在图2的例子中，外部光线1聚焦在离透镜较近的平面（平面1）上，而内部光线（光线3）聚焦在较低的平面（平面3）上。
扫描电镜 标准
扫描电镜标准
扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种用于观察和分析样品表面形貌、结构和成分的显微镜技术。
以下是扫描电镜的一些关键标准和特点：
1. 分辨率：扫描电镜的分辨率是指能够分辨的最小物体细节的能力。
通常以纳米（nm）为单位表示，较高的分辨率可以提供更精细的图像。
2. 放大倍数：扫描电镜可以提供从几倍到几十万倍的放大倍数，使研究人员能够观察到样品的微观结构。
3. 电子束源：扫描电镜使用电子束作为照明源，电子束的能量和束流强度会影响图像的质量和分辨率。
4. 样品制备：样品通常需要进行适当的制备，如切割、抛光、镀金等，以确保其表面能够反射电子束并产生良好的图像。
5. 探测器：扫描电镜配备多种探测器，如二次电子探测器、背散射电子探测器和X 射线能谱仪等，用于收集不同类型的信号，提供有关样品表面形貌、成分和结构的信息。
6. 操作模式：扫描电镜可以在不同的操作模式下工作，如高真空模式、低真空模式和环境扫描电镜模式，以适应不同类型的样品。
7. 数据分析和处理：扫描电镜通常配备专用的软件用于图像处理、数据分析和测量。
扫描电镜是一种功能强大的显微镜技术，广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术等领域的研究和分析。
扫描电镜的分辨能力适用表征尺度范围
扫描电镜的分辨能力适用表征尺度范围扫描电子显微镜'>显微镜分析系统在工业材料研发制造和应用过程中必不可少，越来越多的事实证明，制约最终产品质量的关键因素往往是材料性能相对落后。
通过现代科学仪器进行材料的分析和表征，控制和提高基础材料的可靠性能以满足工业需要，得到了中国乃至世界业内广泛的共识。
世友创业扫描电镜分析系统项目，由具有十几年的扫描电镜业内经验专业人士承担，为用户提供一流的产品和技术服务，并且为普及扫描电镜知识经验而努力。
在一般人的印象里，都可以看到纳米尺度，可以表征纳米材料。
但在实践应用过程中，电子显微镜分成几类，分辨表征能力有较大差异。
为了广大用户准确了解和使用，特作如下总结。
电子显微镜类别一类透射电子显微镜，这里不作说明。
一类扫描电子显微镜，扫描电子显微镜主要演化分类：场发射大型扫描电子显微镜------------极限分辨率1-亚纳米级六硼化镧电子枪大型扫描电镜--------极限分辨率2nm钨灯丝大型扫描电子显微镜--------极限分辨率3nm小型桌面台式扫描电镜(目前商品化主要是钨灯丝)---极限分辨率20nm假使只关心样品形貌，不考虑其他探测器的性能发挥，各类型扫描电镜在良好状态条件下，分辨能力适用范围。
1、扫描电镜的极限适用表征形貌尺度--结构特征放大到3-6mm ，能看出基本形状和结构特征。
仪器观测条件需要发挥到相对极限。
操作难度高，需要丰富的操作经验。
场发射大型扫描电镜有效表征：20nm-40nm 对应倍数15万-30万倍六硼化镧大型扫描电镜有效表征： 40nm-80nm 对应7.5万-15万倍钨灯丝大型扫描电镜有效表征： 60nm-120nm 对应5万-10万倍小型桌面台式扫描电镜有效表征：400nm-800nm 对应 7500x-15000x2、扫描电镜中等潜能适用表征形貌尺度--结构特征放大到3-6mm，能看出基本形状和结构特征。
仪器观测条件设置在中等水平，操作难度适中，一般经过系统培训可以实现。
一扫描电镜的特点
一．扫描电镜的特点和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：(一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。
(二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。
(三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。
(四) 景深大，图象富有立体感。
扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。
(五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。
可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。
分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。
(六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。
(七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。
二．扫描电镜的结构和工作原理(一) 结构1．镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。
其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。
2．电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。
在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm 的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。
通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。
检测二次电子的检测器(图15(2)的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
3．电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。
显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。
扫描电镜作用
扫描电镜作用扫描电镜是一种现代化的高分辨率显微镜，主要用于观察微观结构和表面形貌。
它利用了电子的波粒二象性和电磁透镜的原理，通过扫描样品表面，获取到样品上的各种信息，从而得到高清晰度的图像。
首先，扫描电镜可以提供高分辨率的图像。
传统的光学显微镜受限于光的波长，其分辨率通常只能到达几百纳米的水平，而扫描电镜的分辨率可以达到亚纳米级别。
这意味着我们可以看到更小的细节和更精细的结构，帮助我们更好地理解材料和生物样品的微观特征。
其次，扫描电镜还可以提供三维的表面形貌图像。
传统的光学显微镜只能提供二维的图像，无法展示样品的高度和深度信息。
而扫描电镜通过扫描样品表面，利用电子束与表面相互作用的信号，可以获取到样品的三维图像，展示出更为真实和直观的样品形貌。
此外，扫描电镜还可以进行成分分析。
扫描电镜配备有能谱仪器，可以通过检测样品发射的次级电子或荧光X射线来分析样品的成分。
这样我们可以准确地知道样品中不同元素的分布情况，并进一步了解样品的化学成分。
扫描电镜在材料科学、化学、生物学等领域有着广泛的应用。
在材料科学中，可以用于研究金属、半导体、陶瓷等材料的晶体形貌、晶格缺陷、相界面等；在化学中，可以用于观察化学反应的表面变化、催化剂的活性位点等；在生物学中，可以用于观察细胞、细胞器、病毒等微观结构。
然而，扫描电镜的使用也存在一些限制和挑战。
首先，扫描电镜需要对样品进行真空处理，这种处理有时会对样品的结构和形貌造成一定的影响。
其次，扫描电镜通常需要对样品进行复杂的制备，如金属镀膜、冷冻切片等，这对于一些不容易制备的样品可能会存在困难。
最后，扫描电镜的设备和操作也比较昂贵和复杂，需要专业的技术人员进行操作和维护。
总之，扫描电镜是一种非常重要的科学工具，其高分辨率和三维成像能力使其在材料和生物研究中发挥着重要的作用。
随着技术的不断发展，相信扫描电镜会在未来更广泛地应用于各个领域，帮助我们更好地理解和探索微观世界。
扫描电镜的图像分析 PPT
图4.12 500X 解理和沿晶断裂
图4.13 钢管的断口 500X
图4.14 钢材腐蚀表面 1000X
图4.15 750X 沿晶断裂
图4.16 550X 解理断裂
图4.17 1000X 解理+准解理
图4.18 500X 解理+沿晶断口（拉长韧窝）
图4.19 高岭土 3000X
图4.20 高岭土5000X
数和试样的表面特征进行选择，根据这个计算公式，可以先
估算观察某一分辨率所需要的M有效。例如，要看60nm细节， 则有M有效=0.3*106nm/60nm=5000倍，即欲观察试样表面 60nm的细节，理论上SEM放大倍数只要达到5千倍就够了， 然而实际上要选择比此值大的倍数，例如2万倍。
很多厂家标称的SEM放大倍数为30～50万倍，验收分 辨率时只用10万倍。最高放大倍率只是仪器的一种放大能 力，不是验收指标，不可能用最高放大倍率拍摄分辨率照 片。当研究某个样品，确定它的形貌特征时，要根据工作 要求、它的表面特征和实际的预观察结果，选择适宜的放 大倍数照相，不是放大倍数越大越好。在几万倍放大倍数 下，很多样品表面缺乏细微形貌，难以得到清晰照片。高 放大倍数时，取样面积很小，仅为试样表面的很小一部分， 缺乏代表性。
（1）2000X
（2） 2000X
（3）2000X
（4） 2000X
图4.21 钛酸锶陶瓷组织结构
(3) 2000X
黑色为铁素体；白色为珠光体 图4.22 油管（钢材）2006-516金相组织
(1) 500X
(2) 1000X
SEM所得金相组织照片与光学显微镜的金相组织照片相反，如下图4.23 所示。
钨灯丝SEM在日常工作条件下，用普通试样照相， 能作到6nm分辨率就相当不易了。在此分辨率下，可以 在5万倍以上拍出清晰照片。通常情况下，用3万倍对普 通样品照相（如陶瓷、矿物），能给出清晰二次电子照 片，就属高水平。
加速电压对扫描电镜的极限分辨率
加速电压对扫描电镜的极限分辨率扫描电镜是一种高分辨率的电子显微镜，广泛应用于各个领域的研究中。
其分辨率的提高关键在于加速电压的增加。
在本文中，我们将会分步骤地阐述加速电压对扫描电镜的极限分辨率的影响。
第一步是了解扫描电镜的工作原理。
扫描电镜在成像时，会利用电子束扫描样本表面，并通过反向散射、次级电子等方式来获取图像。
这里的关键是电子束的聚焦和扫描，其中聚焦主要由透镜和偏转磁场实现，而扫描则是由电子枪和偏转磁场共同完成。
第二步是理解加速电压对聚焦的影响。
加速电压是指电子束在进入扫描电镜前被加速的电压。
随着加速电压的增加，电子束的动能也会随之提高。
这意味着电子束的波长将会减小，从而使得电子束更容易穿透样品表面。
由此，我们可以得到一个结论：加速电压越高，扫描电镜的分辨率也会随之提高。
第三步是分析加速电压对样品损伤的影响。
虽然加速电压的提高可以提高扫描电镜的分辨率，但同时也会使样品受到更强的辐射和能量损害。
在实际应用中，需要考虑样品的性质和需要测量的参数来选择合适的加速电压。
例如，对于生物组织样品，适当降低加速电压可以减少样品的损伤，但同时也会影响分辨率的提高。
第四步是了解加速电压对扫描电镜的稳定性的影响。
随着加速电压的提高，电子束的动能也会增加，这意味着电子束可能会偏离像素点。
这会导致成像过程中的位置偏移和分辨率降低。
同时，高电压下电子束的空气电离也会影响仪器的稳定性。
因此，在选择加速电压时，还需要考虑其对扫描电镜的稳定性的影响。
综上所述，加速电压是影响扫描电镜分辨率的一个关键参数。
通过合理地选择加速电压，可以使得扫描电镜实现更高的分辨率和更好的稳定性。
同时，还需要根据具体应用情况综合考虑样品损伤、稳定性等因素来选择合适的加速电压。
扫描电镜测试相关知识点总结
扫描电镜测试相关知识点总结扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描物体表面并获取显微图像的仪器。
相比于传统光学显微镜，扫描电镜可以提供更高的分辨率和放大倍率，可以观察到更为详细的细节结构。
以下是与扫描电镜测试相关的一些知识点总结：1.SEM的工作原理：扫描电镜利用电子枪产生的高速电子束照射样品表面，样品与电子束发生相互作用后产生的不同信号被探测器接收并转化为电信号，进而生成二维或三维显微图像。
2.SEM的分辨率：扫描电镜的分辨率受到电子束的精细程度、样品的尺寸和形状、探测器的性能等因素的影响。
一般情况下，扫描电镜的分辨率可达到亚纳米级别。
3.SEM的样品制备：由于扫描电镜对样品的表面必须是导电性的，并且要求样品表面干净，因此在进行SEM观察前需要对样品进行适当的处理。
常见的制备方法包括金属喷镀、碳喷镀、薄层沉积、低温冷冻破碎等。
4.SEM观察模式：扫描电镜观察样品时可采用不同的观察模式，包括二次电子显微镜（SEI）模式和反射电子显微镜（BEI）模式。
SEI模式观察到的图像反映了样品表面的形貌特征，而BEI模式则主要反映了样品的晶体结构信息。
5.SEM的探测器：SEM内常配备有不同类型的探测器，常见的有二次电子探测器（SE）和反射电子探测器（BSE）。
SE探测器主要用于观察样品表面形貌特征，BSE探测器则用于获得样品的元素分布和晶体结构信息。
6.SEM的配套设备：SEM通常还配备有能量散射谱仪（EDS）和电子背散射衍射仪（EBSD）等附属设备。
EDS可用于分析样品中不同元素的含量和分布情况，而EBSD则可用于分析样品的晶体取向和晶界性质。
7.SEM在材料科学领域的应用：扫描电镜在材料科学领域广泛应用于材料的微观表征和分析。
通过SEM可以观察到材料的孔隙结构、晶格形貌、晶粒尺寸和形态、裂纹和缺陷等细节结构信息，为材料设计和性能优化提供重要参考。
材料微观分析测试技术.
透射电镜
扫描电镜
C-S-H凝胶体和C4AH13晶体
石膏过量安定性不良
钙矾石形貌
氢氧化钙形貌
氢氧化钙形貌
C-S-H凝胶体与骨料界面
石膏形貌
透射电子显微镜
分辨率：0.14nm。 可以直接采集图像信 息，并实现远程观察。
扫描电子显微镜 分 辨 率： 3.5 nm 最大放大倍数：×18~300,000
热重 －红 联 用仪
用于测定样品在程序控制温度下产生的质 量变化及分解过程所生成气体产物的化学 成份。
红外拉曼光谱仪
PE FTIR 1000型 红外仪器
X荧光能量色散光谱仪
D/max-RB X射线衍射仪 可进行从室温至1500℃的动态高温X射线衍分析。 可用于无机和有机小分子的固体化合物物相的定性、定量 及结构分析，纳米材料的粒度表征。
电镜照片
纺纱
粉煤灰
合金
（二）红外线光谱分析
红外光谱技术简介
红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学 领域迅猛发展的高新分析技术。 红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技 术、化学计量学技术与基础测试技术有机结合的 技术。与常规分析技术不同，红外光谱是一种间 接分析技术，必须通过建立校正模型（标定模型） 来实现对未知样品的定性或定量分析。
新的光源----短波电子辐射源
基于德布罗理论：所有微观离子（电子、中子、离 子）的性质与可见光相同。这就使电子束具有成为新 光源的可能性 又：电子波长 λ =1.226/√V nm (V 加速电压）
如：Ｖ加速到１00千伏，λ ＝0.37nm
２、简介电子显微镜
透射电镜结构与光学显微镜相似 扫描电镜结构与电视摄影显象相似
具体的分析过程主要包括以下几个步骤： 1、选择有代表性的样品并测量其近红外光谱； 2、采用标准或认可的参考方法测定所关心的组 分或性质数据； 3、将测量的光谱和基础数据，用适当的化学计 量方法建立校正模型； 4、未知样品组分或性质的测定。 包括：近红外光谱仪、化学计量学软件和应用 模型三部分。三者的有机结合才能满足快速分析的 技术要求，是缺一不可的。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束与样品相互作用来观察样品表面形貌和物质成分的仪器。
它具有高分辨率、大深度和大倍率的特点，被广泛应用于材料科学、生物学、纳米科学等领域。
扫描电镜的工作原理如下：1. 电子源：扫描电镜使用的电子源通常是热阴极电子枪，通过加热阴极，使其发射出高速电子。
2. 电子透镜系统：电子透镜系统由几个透镜组成，用于聚焦和控制电子束的形状和大小。
常见的透镜包括准直透镜、聚焦透镜和偏转透镜。
3. 样品台：样品台是放置样品的平台，通常由导电材料制成，以便电子束可以与样品相互作用。
样品台通常可以在x、y、z三个方向上移动，以便于观察不同位置的样品。
4. 扫描线圈：扫描线圈通过控制电子束的位置和方向，使其在样品表面进行扫描。
扫描线圈可以在水平和垂直方向上进行扫描，以获得样品表面的详细形貌。
5. 探测器：扫描电镜使用不同类型的探测器来检测样品与电子束相互作用产生的信号。
常见的探测器包括二次电子探测器和反射电子探测器。
6. 显示器和图像处理系统：扫描电镜通过显示器将样品的图像显示出来。
图像处理系统可以对图像进行增强、调整和分析，以获得更多的信息。
扫描电镜工作的具体步骤如下：1. 打开电子源并加热阴极，使其发射出电子束。
2. 通过透镜系统聚焦电子束，使其成为一束细且聚焦的电子束。
3. 将样品放置在样品台上，并调整样品台的位置，使样品与电子束相互作用。
4. 启动扫描线圈，控制电子束在样品表面进行扫描。
扫描线圈会逐行扫描样品表面，并记录下每个位置的信号。
5. 探测器检测样品与电子束相互作用产生的信号，并将信号转换为电信号。
6. 电信号经过放大和处理后，通过显示器显示出样品的图像。
7. 使用图像处理系统对图像进行增强、调整和分析，以获得更多的信息。
扫描电镜的优点包括：1. 高分辨率：扫描电镜的分辨率通常可以达到纳米级别，可以观察到样品表面的微观结构。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理标题：扫描电镜工作原理引言概述：扫描电镜是一种高分辨率的显微镜，广泛应用于材料科学、生物学、医学等领域。
其工作原理是利用电子束替代光束，通过对样品表面进行扫描来获取高分辨率的图像。
本文将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子源1.1 电子枪：扫描电镜中的电子源通常为热阴极电子枪，通过加热阴极产生电子。
1.2 高压电源：为电子枪提供高电压，加速电子束的速度。
1.3 准直系统：用于控制电子束的大小和方向，确保电子束的准直性。
二、样品准备2.1 导电涂层：样品需要进行导电涂层，以便电子束能够顺利地通过样品表面。
2.2 样品固定：样品需要被固定在样品台上，以确保在扫描过程中不会移动。
2.3 样品真空：在扫描电镜中，样品台周围需要保持真空环境，以避免电子束与气体分子碰撞而产生散射。
三、扫描系统3.1 扫描线圈：用于控制电子束在样品表面的扫描路径，从而获取样品表面的图像。
3.2 探测器：用于接收经过样品表面反射、散射的电子，并将其转化为图像。
3.3 数据处理：通过对探测器接收到的信号进行处理，可以得到高分辨率的样品表面图像。
四、成像方式4.1 透射电子显微镜：电子束透过样品，形成透射电子显微图像。
4.2 散射电子显微镜：电子束与样品表面发生散射，形成散射电子显微图像。
4.3 反射电子显微镜：电子束被样品表面反射，形成反射电子显微图像。
五、分辨率与放大倍数5.1 分辨率：扫描电镜的分辨率通常在纳米级别，远高于光学显微镜。
5.2 放大倍数：扫描电镜可以实现高倍数的放大，可以观察到样品表面的微观结构。
5.3 应用领域：由于其高分辨率和高放大倍数，扫描电镜在材料科学、生物学、医学等领域有着广泛的应用。
总结：扫描电镜是一种基于电子束的高分辨率显微镜，其工作原理涉及电子源、样品准备、扫描系统、成像方式以及分辨率与放大倍数等方面。
通过对扫描电镜工作原理的深入了解，可以更好地应用扫描电镜进行科学研究和实验。
扫描电子显微镜的分辨率测量及分辨率标样
扫描电子显微镜的分辨率测量及分辨率标样1.扫描电子显微镜的分辨率测量1.1扫描电镜的分辨率分辨率是形貌结构类放大仪器最重要的性能指标，它以能分辨的两点或两线间的最小间距为指标，分辨间距越小性能越好，分辨率越高。
它是光学显微镜和电子显微镜的最重要的指标。
对扫描电镜而言它首先决定于整个仪器的设计，诸如：电子透镜的最小球差设计、电子的色差降到最低、仪器固定象散的减少以及附加象散的消除等。
这一切取决于扫描电镜电子光学系统的设计、高压和透镜电源的稳定度指标、电子透镜极靴材料的磁性能、材料的均匀性及极靴的机械加工精度与加工过程中的无磁化处理等。
当一台仪器制造完成以后，这些决定扫描电镜的分辨率先天条件就决定了，它们成为了不可改变的固定条件。
所以我们说，仪器的先天条件就决定了扫描电镜的分辨率，规定了这台仪器所能达到的最优分辨率，实际使用中往往低于这个分辨率指标。
每一台扫描电镜在长期使用过程中它在每次观察物质结构的放大图象时，它的图象清晰度和实际分辨率可能时高时低，这一切又与仪器的调试对中状态、使用条件和环境等诸多因素有关。
这些因素有：(1)仪器电子光路尤其是物镜上下极靴孔以及物镜光栏的清洁程度高低有关，应该保证污染脏物导致的象散降到最低。
(2) 电子光学系统的合轴对中处于最佳状态，尽量减少轴外电子束成象,减少各种象差，尤其是球差，它与孔径角的三次方成正比。
(3) 电网电压稳定有利于电源稳定度，使包括色差在内的象差降到最低。
电网的电压波动过大，还会造成杂散磁场影响扫描电镜透镜聚焦场的稳定性从而影响分辨率，所以应该避开用电高峰，不在电网电压波动过大时拍摄分辨率照片。
(4) 避免外界强烈的机械震动，可能造成样品台和样品的微扰动而使分辨率下降，尤其是临街并有大型货车通过，或有其它强烈震动源将对分辨率造成影响。
(5) 用一个大小合适而又清洁的新的物镜光栏对获得扫描电镜的最优分辨率有好处。
只有在上述诸多方面得到满足时，才有可能发挥出扫描电镜固有的最优分辨率，得到一张好的分辨率照片。
sem扫描电镜的参数
sem扫描电镜的参数
SEM扫描电镜的主要参数包括：
1. 分辨率：这决定了电镜所能获取图像的清晰程度。
2. 放大倍率：电镜的放大倍率决定了观察物体的细节程度。
3. 加速电压：这个参数是SEM中最重要的参数之一，它决定了电子束的能量，从而影响到最终图像的分辨率和深度。
较高的加速电压可以产生更高的能量电子束，使样品表面更容易被穿透，从而获得更深入的图像细节。
然而，过高的电压可能会损坏样品，因此需要进行适当的选择。
4. 探针电流：是指电子束在扫描过程中的强度。
较高的探针电流能够提供更多的电子，从而增强信号强度并减少图像噪音。
然而，过高的探针电流可能会导致样品的烧损和退火，因此需要根据样品的特性进行适当的调整。
5. 样品台最大行程：决定了样品在电镜中的可移动范围。
6. 可测试各种材料的二次电子像、背散射像、能谱、EBSD等。
7. 可在低电压模式下测试不导电样品。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
扫描电镜介绍
扫描电子显微镜介绍
一、设备型号 CamScan 3400
二、生产厂家
本台设备是由英国CamScan公司生产， CamScan现全称为: Obducat CamScan Ltd.Obducate CamScan Ltd.扫描电镜公司创建于1970年，是一家专门从事扫描电子显微镜及其配件研发和生产的公司，至今已有38年研发和生产扫描电镜的历史，是现存的、历史悠久的扫描电镜研发和生产企业之一。
三、技术特点
1、放大倍数：3倍至 >600,000倍，具有低倍至高倍全程无畸变的图像放大能力。
2、分辨率：3.0nm二次电子像 @30kV/2.5nm@30kV( LaB6)
3、加速电压0.5kV – 40kV连续调节(可选50kV),步长100V
4、景深，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
5、超大样品室,更宽的样品台移动范围
6、承载样品的重量超过5公斤
7、优于0.5%高稳定束流
9、几何位置可调整的二次电子探头。
10、4路带优化像素噪音功能的视频输入实现双屏获取。
样品检查模式带有转换/扫描图像定位中心特性。
全屏注释和图像测量功能。
11、具有自动聚焦,消像散,亮度和对比度调整，自动电子束对中，自动电子束流模式，真空检测与调整等自动功能。
12、可进行多种功能的分析。
与 X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析。
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η+δ
也可以写成
1
Ρt（质量厚度）
η=ib/i0：背散射系数；δ：发射系数（二次 电子产额）；α：吸收系数；τ：透射系数
各系数与样品质量 厚度之间的关系
特征X射线 （characteristic X-ray）
特征X射线是样品原子的内层电子受到激发以 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。 特征X射线波长可以莫塞来定律得出。 如果我们用X射线探测器测到了样品微区中存 在某一特征波长（特征能量），就可以判定这 个微区中存在着相应的元素——电子探针。
轻元素样品的分辨率
电子进入轻元素样品 后，作用区域是梨形。 激发的信号能量不同， 信号产生的深度不一 样，横向扩展程度也 不同，采用不同的信 号调制荧光屏亮度， 分辨率必定不一样。
入射电子束
d 1nm 俄歇电子
5~50nm 100nm~1μm
500nm ~5μm
二次电子
背散射电子 特征X射线
连续X射线
由于背散射电子的产额随样品原子序数的增加而 增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅 能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度， 定性地进行成分分析。
二次电子（SE） （secondary electron）
二次电子是指被入射电子轰击出来的样品原子 的核外电子，绝大部分来自价电子。 二次电子的能量为0-50 eV，所以检测器能收集 到的二次电子来自表面以下5-50nm深度的区域。 二次电子产额随原子序数的变化不明显，它主 要决定于表面形貌。即二次电子产额对试样表 面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微 观形貌。
背散射电子 的分辨率
特征X射线 的分辨率
轻元素样品的分辨率
信号 分辨率 （nm） 二次电 子 5~10 背散射 电子 50~200 吸收电子 100~1000 特征 X射线 100~1000 俄歇电子 5~10
可见，图像分析时二次电子信号的分辨率 最高，X射线成像分辨率最低。所以扫描 电镜的分辨率用二次电子像的分辨率表示。
吸收电子 （absorption electron）
入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆 尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子产生），最后 被样品吸收。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电 流表，就可以测得吸收电子信号。 逸出表面的电子数量增加，则吸收电子数量减少，故吸 收电子像的衬度与二次电子像和背散射电子像是互补的。 二次电子产额不受原子序数影响，则产生背散射电子较 多的部位其吸收电子的数量就较少。因此，吸收电子像 也可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的 微区成分分析。
透射电子 （transmission electron）
如果样品厚度较小，可能会有一定数量的入射电子能 够穿过薄样品而成为透射电子。 一般金属薄膜样品的厚度在200-500nm左右，在入射 电子穿透样品的过程中将与原子核或核外电子发生有 限次数的弹性或非弹性散射。 因此，样品下方检测到的透射电子信号中，除了有能 量与入射电子相当的弹性散射电子外，还有各种不同 能量损失的非弹性散射电子。 其中有些待征能量损失E的非弹性散射电子和分析区 域的成分有关，因此，可以用特征能量损失电子配合 电子能量分析器来进行微区成分分析。
d
二次电子 分辨率
原子序 数略小
背散射电 子分辨率
原子序数大
影响分辨率的其它因素
扫描电子显微镜的分辨率除受电子束直径和调 制信号的类型影响外，还受样品原子序数、信 噪比、杂散磁场、机械振动等因素影响。 噪音干扰造成图像模糊； 磁场改变二次电子运动轨迹，降低图像质量； 机械振动引起电子束斑漂移，这些因素的影响 都降低了图像分辨率。
重元素样品的分辨率
电子束射入重元素样品中时， 作用体积为半球状，电子束 进入表面后立即横向扩展。 即使电子束束斑很小，也不 能达到较高的分辨率，此时 二次电子的分辨率和背散射 电子的分辨率差别明显变小。 样品原子序数愈大，电子束 进入样品表面的横向扩展愈 大，分辨率愈低。
入射电子束
入射电子束
d
扫描电镜的分辨率
选自第十二章：扫描电子显微镜 第3节:扫描电子显微镜的主要性能
电子束与固体样品相互 作用时产生的物理信号
背散射电子（BE） （backscattering electron）
背散射电子是指被固体样品中的原子反弹回来的 一部分入射电子。
背散射电子的能量为数千到数万电子伏，产生范 围在100nm到1m深度。
各种电子信号的强度
如果使样品接地保持电中性，那么入 射电子激发固体样品产生的四种电子 信号强度与入射电子强度之间必然满 足以下关系：
系 数
α τ
ib is ia it i0
Байду номын сангаас
i0：入射电子强度； ib ：背散射电子信号强度； is ：二次电子信号强度；ia ：吸收电子信号强度； it ：透射电子信号强度。
分辨率（resolution）
分辨率是扫描电镜主要性能指标。对成分分析 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。 这两者主要取决于入射电子束束斑直径，束斑 直径愈小，分辨率愈高。 但分辨率并不直接等于束斑直径，因为入射电 子束与试样相互作用会使电子束在试样内的有 效激发范围大大超过束斑直径。
俄歇电子 （Auger electron）
如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量 E不以X射线的形式释放，而是用该能量将核外另一 电子打出，这个被电离的电子叫做俄歇电子。 俄歇电子具有样品原子的特征能量值。检测俄歇电子 的能量和强度，可以获得样品化学成分的信息——俄 歇电子能谱仪。 俄歇效应在轻元素（Z<20）中发生的概率较大。俄 歇电子的能量很低，人们能够检测到的只是表面两三 个原子层发出的俄歇电子，因此，俄歇效应应用于表 层轻元素的分析。