扫描电子显微镜综述讲课稿

五. 扫描电镜的图象衬度原理 它主要是利用试样表面在高能电子束所激发出来 的二次电子或背散射电子信号,通过接收放大在 荧光屏上显示出来.它的衬度首先取决于信号性 质即二次电子或背散射电子,其次取决于试样材 料本身的性质.特别是试样表面的结构与性质.例 如凹凸不平情况,成分差别,晶体取向及表面电位 分布等.除此之外,扫描电镜成象还涉及到电子光 学系统.如电子束斑的大小和象散,因此,也将影响 到图象的衬度.最后,成象不是直接由二次电子或 背散射电子显象,而必须经过一系列的电子线路 将它们放大并在荧光屏上扫描显示
2. 二次电子能量低,电子轨迹容易弯曲,二次电子 象不形成背影.在收集极上加上250伏电压,低能 的二次电子在正电场作用下折向收集极,它不但 增强了有效收集立体角,提高二次电子所具有的 这种翻越障碍,是曲线进入检测器的能力,使得 试样表面凹坑内部的细节也能被清楚的显示出 来,使二次电子象具有整体的立体感.
3. 二次电子的产额δ(δ=Is/Ip, Is—激发的二次电子 流, Ip—入射电子流)强烈地依靠于入射电子束 与试样表面法线间的夹角θ,对于光滑试样表面
,入射电子束能量大于1kev时,二次电子产额δ与θ 关系为: δ～1/cos θ.
旋转试样,改变θ角,可测得 δ 与θ的关系.
这是因为① θ 增大,入射电子束在试样内运 动的总轨迹增长,电子增多;② θ增大,作用体积 接近表面层,因而作用体积内产生的大量自由电 子离开表面层的机会增加,这就造成了试样各种 不同形状的表面所逸出的二次电子产额不同,从 而形成扫描电镜的表面形貌象.
所谓分辨本领就是能够辩认物体细节的本领,以 能分清出两点或两细节间的最短距离来衡量.显然, 这与细节的形状及其相对与环境的反差有关.
扫描电镜的分辨本领约为30~100Å,肉眼能分清 荧光屏上大小d′=0.2mm的百度文库离,那么扫描电镜的 有效放大倍数M应为:
M= d′/d=0.2mm/100 Å=2×104 即放大2万倍. 影响分辨率的主要因素:
因此,人为的对信号的处理,如灰度控制等(就象看 电视调节)也将影响图象的衬度. 当然最重要的 还是电子信号和试样本身的性质.
在扫描电镜做形貌观察时,一般都采用二次电子 信号,二次电子成象具有下列几个特点:
1.二次电子空间分辨率高:二次电子能量低 (2~50ev),一般从50~100Å内的表层逸出,面积 与入射电子的照射面积相近,所以分辨率高.它 有利于用来观察极细小的细节.如断口的微区结 构,分析裂纹源的形成与发展.
一般试样比较复杂的,如上述部位,由于它的θ 角大,产生二次电子多,因此异常亮.
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扫描电子显微镜综述
光电倍增管及前置放大器组成。
三.放大倍数与分辨本领 如前说述，扫描电镜的成象原理是用细聚焦 电子束在样品表面扫描时激发所产生的某些物 理信号来调制成象，由于采用镜面电子束在试 样表面扫描与显象管扫描严格同步，因此，荧 光屏上的图象应与电子束扫过试样表面一致， 其大小成比例，其比例关系即定义为扫描电镜 的放大倍数。即：
M=显像管荧光屏面积/电子束扫过试样表面面积 =S/A
由于S固定,因此,改变镜筒电子束扫描偏转线圈 的电流,就可以改变电子束扫过试样表面的面积 A,从而实现倍数M的调节.
为了实现不同观察及照相记录的需要,几乎所有 电镜均设有几种扫描速度以供选择,即电视(T.V) 扫描,快扫描(0.5~0.8秒),中速扫描(帧幅时间 1.5~3.0秒),慢速扫描(7~10秒)及照相扫描 (50~80秒).
①入射电子束斑的大小(入射斑点的直径)
②试样对入射电子的散射
③信号/噪音比
四.扫描电镜图象的景深
其一个重要的特点就是图象的景深长,有明显 的立体感,但在这里着重指出,扫描电镜的景深 与第二章所述的电磁透射镜的景深有完全不同 的概念,因为扫描电镜的成象原理及其放大方法 与电磁透镜成象的放大方法完全不同,扫描电镜 纯属几何放大. 扫描电镜成象要依靠高能电子 束
激发试样产生的二次电子或背散射电子,这些电 子是经过双聚光镜及物镜高度聚焦后才射到试 样表面的.由于物镜的焦深长,因此,在试样表面 凹凸不平的位置上都能满足聚焦条件而获得清 晰的图象.从本质上说,扫描电镜的景深是来源 于物镜的焦深.这是由于物镜的焦深长,才能使 得粗糙不平的试样表面上很宽的深度范围都满 足适焦条件使得图象具有明显的立体感.