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扫描电子显微镜ppt课件

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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.

扫描电子显微镜(SEM)-PPT课件

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特征X射线发射
五、特征X射线 (characteristic X-ray)
• 若这一能量以X射线形式放出,这就是该元素的K辐射, hc 此时X射线的波长为: K EK EL2 式中,h为普朗克常数,c为光速。对于每一元素,EK、EL2 都有确定的特征值,所以发射的X射线波长也有特征值, 这种X射线称为特征X射线。 K • X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律: 2 Z
三、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, 就可以测得样品对地的信号,这个信号是由吸收 电子提供的。 • 入射电子束与样品发生作用,若逸出表面的背散 射电子或二次电子数量任一项增加,将会引起吸 收电子相应减少,若把吸收电子信号作为调制图 像的信号,则其衬度与二次电子像和背散射电子 像的反差是互补的。
• 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。 • 其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 • 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的散射角大 于90的那些入射电子,其能量基本上没有变化。 • 弹性背散射电子的能量为数千到数万电子伏。 • 非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹 性散射而造成的,不仅能量变化,方向也发生变化。 • 如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面,这就形 成非弹性背散发固体产生的 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: i0=ib+is+ia+it 式中:ip ib is ia it 是透射电子强度。
将上式两边同除以i0 η+δ+a+τ =1 式中:η= ib/i0 δ= is/i0,为二次电子发射系数; a = ia/i0 τ = it/i0,为透射系数。

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校准标准
根据仪器使用手册,进行校准标准操作,确保仪 器达到最佳工作状态。
调整参数
根据样品的性质和观察目的,调整扫描电子显微 镜的参数,如加速电压、工作距离等。
图像获取
图像调整
根据观察效果,调整扫描电子 显微镜的焦距、亮度、对比度 等参数,获取清晰、高质量的
图像。
图像存储
将获取的图像存储在计算机或硬 盘中,以便后续分析。
03
扫描电子显微镜的操作流程
样品准备
1 2
样品选择
选择具有代表性的、适合观察的样品,确保样 品无污染、无损坏、无过热等。
样品处理
根据样品性质,进行干燥、打磨、染色等处理 ,以优化观察效果。
3
样品装载
将处理好的样品放置在扫描电子显微镜的样品 台上,确保位置准确、稳定。
仪器校准
仪器开机
打开扫描电子显微镜的电源,启动控制系统,预 热仪器。
高速扫描技术
采用更快速的扫描方式,提高成像速度,适用于动态过程或高速 运动的样品。
三维重构技术
利用计算机技术和算法,将多个层面的扫描结果进行整合,获得 样品的三维结构信息。
跨学科应用与合作
与其他技术的结合
将扫描电子显微镜与其他分析仪器(如光谱仪、能谱仪等)结合,实现多维 度的综合分析。
跨领域应用
拓展扫描电子显微镜在生物学、医学、材料科学、地质学等领域的应用,促 进跨学科的合作与交流。
电子与样品的相互作用
当高能电子束打到样品表面时,会与样品原子发生相互作用,产生各种散射 和发射的电子、次级电子、俄歇电子等。
信号收集与图像形成
信号收集
在扫描电子显微镜中,通过特殊的探测器来收集各种散射和发射的电子,如次级 电子、反射电子、透射电子等。

《扫描电子显微镜》课件

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《扫描电子显微镜》PPT 课件
欢迎来到本节课,本课程将为您介绍扫描电子显微镜(SEM)的发展历史、 工作原理、应用和操作技巧。
什么是扫描电子显微镜?
SEM是一种高分辨率的显微镜,能够对样品表面进行高清的成像和分析,是 材料科学、生命科学、环境科学和地球物理学等众多领域的研究必备工具。
SEM的工作原理
and applications [J]. Physics Reports, 2020, 891: 1-49. • Zhong B., Liu Y., Xie H., et al. Scanning electron microscopy techniques and
application to biological research [J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2021, 21(3): 1443-1454.
电子束的生成和加速
SEM通过电子枪产生的电子束对样品表面进行 扫描,其中电子束的加速和缩聚使得SEM成像 的分辨率得到极大的提高。
样品表面的扫描和信号的采集
SEM扫描样品表面时需要从表面采集电子和信 号,经过放大和处理后形成图像。
图像的重建和显示
SEM的图像处理软件能够对采集到的信号进行 处理和重建,生成高质量的图像供研究员们进
SEM在地球物理学领域中可以用来 研究矿物形态、结构和物理化学性质
等问题。
SEM的操作注意事项
1 样品制备和处理
SEM样品的制备和处理是研究工作中必不可少的步骤,要保证样品表面平整、干净和稳 定。
2 SEM的操作和调试
SEM的使用经常进行调 试和保养。
生物学和医学
2
属、陶瓷、塑料和高分子等材料的成 分分析、微观结构观察和物理化学性

SEM扫描电子显微镜PPT

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环保材料与工艺
采用环保材料和工艺, 降低生产过程中的环境 污染。
安全操作规程
制定严格的安全操作规 程,确保操作人员和设 备安全。
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感谢您的观看
sem扫描电子显微镜
目 录
• 简介 • 应用领域 • 技术特点 • 操作与维护 • 未来发展与挑战
01 简介
定义与特点
定义
扫描电子显微镜(SEM)是一种利用 电子束扫描样品表面并收集其产生的 二次电子、背散射电子等信号来生成 样品表面形貌和成分信息的显微镜。
特点
SEM具有高分辨率、高放大倍数、高 景深等特点,能够观察样品的表面形 貌和微观结构,广泛应用于材料、生 物医学、环境等领域。
操作步骤
01
关机步骤
02
03
04
关闭SEM软件和电脑。
关闭显微镜主机,并将显微镜 归位。
关闭电源开关,确保电源完全 断开。
常见问题与解决方案
原因
可能是由于聚焦不准确或样品表 面不平整。
解决方案
重新调整聚焦或对样品表面进行 预处理,确保表面平整。
常见问题与解决方案
原因
可能是由于样品台倾斜或扫描参数设置不正确。
3
拓展多模式功能
开发具备多种模式(如透射、反射、能谱分析等) 的扫描电子显微镜,满足更多应用需求。
提高检测灵敏度与分辨率
优化电子光学系统
改进透镜、加速电压和探 测器等关键部件Biblioteka 提高成 像质量。发展超分辨技术
利用超分辨算法和纳米材 料等手段,突破光学衍射 极限,实现更高的分辨率。
提升信号处理能力
改进信号采集、处理和传 输技术,降低噪声干扰, 提高检测灵敏度。

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扫描电子显微镜
引言 扫描电镜结构原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜结果分析示例 扫描电镜的主要特点
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引言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜,英文缩写 为 SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM 与 电子探针(EPMA)的功能和结构基本相同,但SEM 一般不带波谱仪(WDS)。它是用细聚焦的电子束 轰击样品表面,通过电子与样品相互作用产生的二 次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行 观察和分析。现在SEM都与能谱(EDS)组合,可以 进行成分分析。所以,SEM也是显微结构分析的主 要仪器,已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等 领域。
入射电子与试样相互作用后,能量耗尽的电子称吸收 电子。吸收电子的信号强度与背散射电子的信号强度相 反,即背散射电子的信号强度弱,则吸收电子的强度就 强,反之亦然,所以吸收电子像的衬度与背散射电子像 的衬度相反。通常吸收电子像分辨率不如背散射电子像, 一般很少用。
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各种信息的作用深度
从图中可以看出, 俄歇电子的穿透 深度最小,一般 穿透深度小于 1nm,二次电子 小于10nm。
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特征X射线能级图
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俄歇过程和俄歇电子
当一束电子﹑离子﹑光子或者其它入射源照射在固体 表层时,表层原子某一芯层K 能级上的一个电子受入射粒子 撞击后飞离该能级,原子由基态进入受激状态。 原子的退 激过程包含着下述一种非辐射过程(见图7.1)。即:由不在同 一芯层L 能级上的一个电子跃迁,去填补受激后在K 层初次 产生的空穴;多余的能量诱发能级等同或低于填补电子原 来所在L能级上的另一个电子发射。原子处于退激后的状态。 这种非辐射过程被命名为俄歇过程。退激过程发射的电子 就是俄歇电子。

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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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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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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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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。

《电子显微镜》PPT课件

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❖ 扫描电镜的放大倍数M取决于显象管荧光屏尺寸S2和 入射束在试样表面扫描距离S1之比,即:
M=S2/S1
由于荧光屏尺寸S2是固定的,因此其放大倍数的变化 是通过改变电子束在试样表面扫描距离S1来实现的。 一般放大倍数在20~20万倍之间,且连续可调。
❖ 将样品细节放大到人眼刚能看清楚(约0.2mm)的放
X射线 100~1000 500~5000
俄歇电子 06.01.2021
5~10整理ppt 0.5~2
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❖ 扫描电镜的景深是指在样品深度方向可能观察 的程度。在电子显微镜和光学显微镜中,扫描 电镜的景深最大,对金属材料的断口分析具有 特殊的优势。
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二、放大倍数及有效放大倍数
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二、扫描电镜与透射电镜的主要区别
❖ 1. 扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜, 而没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和 投影镜。这些电磁透镜所起的作用在扫描电镜中是用 信号接受处理显示系统来完成的。
❖ 2. 扫描电镜的成象过程与透射电镜的成象原理是完全 不同的。透射电镜是利用电磁透镜成象,并一次成象; 扫描电镜的成象不需要成象透镜,它类似于电视显象 过程,其图象按一定时间空间顺序逐点形成,并在镜 体外显象管上显示。
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五、俄歇电子
❖ 从距样品表面几个Å深度范围内发射的并具有 特征能量的二次电子,能量在50~1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
❖ 样品中原子受入射电子激发后,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,其发射深度为0.5~5m范围。
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5.2 背散射电子像
• 背散射电子既可以用来显示形貌衬度,也可以用来显示成分衬度。 1. 形貌衬度 • 用背反射信号进行形貌分析时,其分辨率元比二次电子低。 • 因为背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外,背反射电子能量较高,它 们以直线轨迹逸出样品表面,对于背向检测器的样品表面,因检测器无法收集 到背反射电子,而掩盖了许多有用的细节。 2. 成分衬度 • 背散射电子发射系数可表示为
电子光学系统
• 由电子枪,电磁透镜,扫描线圈和样品室等部件组成。
• 其作用是用来获得扫描电子束,作为信号的激发源。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
电子枪
信号收集及显示系统
• 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。普遍使用的是电子检测器,它由闪烁体,
光导管和光电倍增器所组成
真空系统和电源系统
• 真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作, 防止样品污染提供高的真空度,一般情况下要求保
持10-4-10-5Torr的真空度。
• 电源系统由稳压,稳流及相应的安全保护电路所
组成,其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。
5. 扫描电镜衬度像
• 二次电子像 • 背散射电子像 • x射线元素分布图。
Optical Microscope VS SEM
2. 电子束与固体样品作用时产 生的信号
• 2.1 弹性散射和非弹性散射 • 2.2 电子显微镜常用的信号 • 2.3 各种信号的深度和区域大小
2.1 弹性散射和非弹性散射
当一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时,由于受到固体物质中晶格 位场和原子库仑场的作用,其入射方向会发生改变,这种现象称为散射。
SEM中的三种主要信号
其他信号
• 俄歇电子:入射电子在样品原子激发内层电子后外层电子跃 迁至内层时,多余能量转移给外层电子,使外层电子挣脱原 子核的束缚,成为俄歇电子。详细的介绍见本书第三篇第
十三章俄歇电子能谱部分。
• 透射电子 :电子穿透样品的部分。这些电子携带着被样品吸收、 衍射的信息,用于透射电镜的明场像和透射扫描电镜的扫描 图像, 以揭示样品内部微观结构的形貌特征。详细的介绍见
5.1 二பைடு நூலகம்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。
二次电子像
(a)陶瓷烧结体的表面图像(b)多孔硅的剖面图
用于特殊成像或衍射模式。
SEM中的三种主要信号
• 背散射电子:入射电子在样品中经散射后再从上表
面射出来的电子。反映样品表面不同取向、不同平 均原子量的区域差别。
• 二次电子:由样品中原子外壳层释放出来,在扫描
电子显微术中反映样品上表面的形貌特征。 • X射线:入射电子在样品原子激发内层电子后外层电 子跃迁至内层时发出的光子。
本书第二篇第九章电子衍射和显微技术部分。
2.3 各种信号的深度和区域大小
可以产生信号的区域称为有效作用区, 有效作用区的最深处为电子有效作用深度。 但在有效作用区内的信号并不一定都 能逸出材料表面、成为有效的可供采集的 信号。这是因为各种信号的能量不同,样 品对不同信号的吸收和散射也不同。
随着信号的有效作用深度增加,作用
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,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。

ln z 1 6 4
• 样品中重元素区域在图像上是亮区,而轻元素在图像上是暗区。利用原子序数 造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。 • 背反射电子信号强度要比二次电子低的多,所以粗糙表面的原子序数衬度往往 被形貌衬度所掩盖。
两种图像的对比
锡铅镀层的表面图像(a)二次电子图像(b)背散射电子图像
背散射电子像的获得
•对有些既要进行形貌观察又要进行成分分析的样品,将左右两个检测器各自得到的电信号进行电路上 的加减处理,便能得到单一信息。 •对于原子序数信息来说,进入左右两个检测器的信号,其大小和极性相同,而对于形貌信息,两个检
测器得到的信号绝对值相同,其极性恰恰相反。
•将检测器得到的信号相加,能得到反映样品原子序数的信息;相减能得到形貌信息。
• (1)弹性散射。如果在散射过程中入射电子只改变方向,但其总动能基
本上无变化,则这种散射称为弹性散射。弹性散射的电子符合布拉格定 律,携带有晶体结构、对称性、取向和样品厚度等信息,在电子显微镜 中用于分析材料的结构。
• (2)非弹性散射。如果在散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变,
则这种散射称为非弹性散射。在非弹性散射情况下,入射电子会损失一 部分能量,并伴有各种信息的产生。非弹性散射电子:损失了部分能量, 方向也有微小变化。用于电子能量损失谱,提供成分和化学信息。也能
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扫描电子显微镜
主讲:XX XX
凡大医治病,必当安神
定志,无欲无求,先发大慈恻 隐之心,誓愿普救含灵之苦。
- - 孙思邈
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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
区的范围增加,信号产生的空间范围也增 加,这对于信号的空间分辨率是不利的。
3. 扫描电镜的工作原理
• 扫描电镜的工作原理可以 简单地归纳为“光栅扫描, 逐点成像”。 • 扫描电镜图像的放大倍数 定义为 M=L/l
L显象管的荧光屏尺寸;l电子束在 试样上扫描距离。
4. 扫描电子显微镜的构造
• 电子光学系统 • 信号收集及显示系统 • 真空系统和电源系统
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