第三章-扫描电子显微镜课件

• 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
形貌的观察和微区成分P分PT学习析交流。
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光学显微镜 VS 扫描电镜
多孔硅的光学显 微镜图像
多孔硅的扫描 电镜图像
多孔硅：可见光发光材料。 PPT学习交流
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2. 电子束与固体样品作用时 产生的信号（重点）
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
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1. 扫描电镜的优点
• 分辨率高：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨率的 极限。场发射电子枪的应用可得到精确聚焦的电子束， 现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1 nm左右。
• 放大倍数高：20-20万倍之间连续可调。
• 景深大：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。比光学显微镜大几百 倍。
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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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4.1 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。 • 用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。扫描电子束应具有较高
的亮度和尽可能小的束斑直径 —— 主要由电子枪决定。
电子枪 照明透 镜系统
扫描线圈 末级透镜
样品
荧光屏 探测器 至真空泵
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3.2 扫描电镜图像的放大倍数
扫描电镜图像的放大倍数定义为显像管中电子束在 荧光屏上的扫描振幅和电子光学系统中电子束在样品上 扫描振幅的比值，即：
M=L/l
式中，M：放大倍数，L：显像管的荧光屏尺寸；l：电子
束在试样上扫描距离。
光栅扫描、逐点成像
• 光栅扫描：入射电子束在样品表面上 作光栅式逐行扫描，同时，控制电子 束的扫描线圈上的电流与荧光屏相应 偏转线圈上的电流同步。每一个物点 均对应一个像点。
• 逐点成像：电子束所到之处，每个物 点都会产生相应的信号（如二次电子 等），信号被接收放大后用来调制像 点的亮度，信号越强，像点越亮。这 样，就在荧光屏上得到与样品上扫描 区域相对应但经过高倍放大的图像， 客观地反映样品上的形貌（或成分） 信息。
特征X射线
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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。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 及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍射和 显微技术部分。
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梨形作用体积
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2.3 各种信号的深度和区域大小
③ 改变电子能量只引起 作用体积大小的变化， 而不会显著的改变形 状。
电子束能量与作用体积的关系
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2.3 各种信号的深度和区域大小
有效作用区：可以产生信号的区域。 电子有效作用深度：有效作用区的最深处。 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
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第三章 扫描电子显微镜 （SEM）
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(重点)
3. 扫描电镜的工作原理 (重点)
4. 扫描电镜的构造
5. 扫描电镜衬度像(重点) 8. 应用举例
6. 扫描电镜的主要性能
9. SEM重点内容回顾
7. 样品制备
10. SEM演示录像
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2.1 弹性散射和非弹性散射
一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于晶格 位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变的现象称 为散射。
弹性散射： 散射过程中入射电子只改变方向，其总动能基本上无变化。
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。
电子枪
第一、二聚光镜
扫描线圈 物镜
样品室
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电子枪发展三个阶段
场发射电子枪
钨灯丝
热阴极电子枪
200 m
3~5kV
六硼化镧灯丝
几十~几百kV
电子束亮度较低； 束斑尺P寸PT学较习交大流 。
的可供采集的信号。 随着信号的有效作用深度增加，作用区范围增加，信号产生
的空间范围也增加，信号的空间分辨率降低。
入wk.baidu.com电子束
俄歇电子（0.4~2 nm） 二次电子 (5~10 nm) 背散射电子(100 nm~1 m)
特征X射线
SEM的分辨率指的是二次
连续X射线
PPT学习交流电子的分辨率。
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3.1 扫描电镜的工作原理（重 点）
第 1 篇 组织形貌分析
第三章 扫描电子显微镜
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第三章 扫描电子显微镜 （SEM）
➢ 简称扫描电镜。
➢ 它不用透镜放大成 像，而是以类似电 视的成像方式，用 聚焦电子束在样品 表面扫描时激发产 生的某些物理信号 来调制成像。
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花蕊的柱头 茉莉花花粉PPT学习交流
花粉
菊花花粉
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2.3 各种信号的深度和区域大 小
① 入射电子束受到样品原子的散 射作用，偏离原来方向，向外 发散。随着电子束进入样品深 度的不断增加，入射电子的分 布范围不断增大，动能不断降 低，直至动能降为零，最终形 成一个规则的作用区域。
② 对于轻元素样品，电子束散射 区域的外形 ——“梨形作用体 积”；重元素样品——“半球 形作用体积” 。
非弹性散射：
散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变。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。
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2.2 SEM中的三种主要信号
• 二次电子：被入射电子轰击出来的样品中原子的 核外电子（内层电子或价电子）。反映样品表面 的形貌特征，分辨率高。
• 背散射电子：被固体样品原子反射回来的一部分 入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射 电子。形貌特征及定性成分分析。
• 特征X射线：入射电子激发原子内层电子后，外层 电子跃迁至内层时发出的光子。定量成分分析。
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三种主要信号的产生过程
弹性背散 射电子
入射电子
非弹性背 散射电子
二次电子