扫描电子显微镜SEM

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扫描电子显微镜的构造和工作原理

扫描电子显微镜的构造和工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过使用聚焦的电子束来替代传统显微镜中使用的光束，从而能够观察到非常小尺寸的物体或细节。

SEM的构造和工作原理如下：构造：1.电子源：SEM使用热电子发射或场致发射的方式产生电子束。

常用的电子源是热丝电子枪，其中一个被称为热阴极的钨丝加热电子产生材料，产生电子束。

2. 电子透镜系统：SEM中有两个电子透镜，分别称为透镜1（即准直透镜）和透镜2（即聚经透镜）。

透镜1和透镜2的作用是使电子束呈现较小的束斑（electron beam spot），从而提高分辨率和放大率。

3. 检测系统：SEM的检测系统包括两个主要部分，即二次电子检测器（Secondary Electron Detector，SED）和回散射电子检测器（Backscattered Electron Detector，BED）。

SED主要用于表面形貌观察，它能够检测到由扫描电子激发的二次电子。

BED则用于分析样品的成分和区分不同物质的特性。

4.微控样品台：SEM中的样品台可以精确调整样品位置，使其与电子束的路径重合，并且可以在不同的方向上转动，以便于观察不同角度的样品。

5.显示和控制系统：SEM使用计算机控制系统来控制电子束的扫描和样品台的移动，并将观察结果显示在计算机屏幕上。

工作原理：1.电子束的生成：SEM中的电子源产生高能电子束。

电子源加热电子发射材料，如钨丝，产生高速电子束。

2.电子透镜系统的聚焦：电子束经过透镜1和透镜2的聚焦，使其呈现出较小的束斑。

3.样品的扫描：样品台上的样品被置于电子束的路径中，并通过微控样品台控制样品的位置和方向。

电子束扫描过样品表面，通过电磁透镜和扫描线圈控制电子束的位置。

4.二次电子和回散射电子的检测：电子束与样品相互作用时，会产生二次电子和回散射电子。

二次电子是由电子束激发样品表面产生的电子，可以用来观察样品的表面形貌。

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种强大的工具，它可以帮助科学家观察到物质的更小的细节和结构。

本文将介绍扫描电子显微镜的原理、应用、发展历程以及未来发展趋势。

原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）是一种利用扫描电子束与物体相互作用而获得形貌和微区组织信息的显微分析仪器。

扫描电子显微镜的工作原理是，将高能电子轰击样品表面，使其表面电子被激发，发射出大量的二次电子。

这些二次电子被探测器接收并转换成负电荷信号，在特定条件下被扫描成像。

应用扫描电子显微镜广泛应用于多个领域，包括材料科学、生命科学、化学和地质学等。

以下是该技术在这些领域中的应用：•材料科学：用于获取材料的形貌、结构以及表面性质等信息。

•生命科学：用于观察细胞、细胞器、细胞表面的超微结构和蛋白质等生物分子的形态和结构。

•化学：用于观察化学反应过程表面形貌、结构的变化以及材料结构的演化过程等。

•地质学：用于研究各种矿物、岩石和地层等，以了解地质演化过程。

发展历程1950年，发明了透射式电子显微镜，但它只能用于真空环境下的样品。

1956年，Helmut Ruska和Max Knoll发明了扫描电子显微镜。

该技术能够在空气中观察样品，并获得更高的象素分辨率。

1965年， Hitachi公司普及了第一台商用扫描电子显微镜S-800。

自此以后，扫描电子显微镜技术得到了快速的发展。

未来发展趋势随着技术的发展，扫描电子显微镜的应用场景不断扩大。

今后，该技术将越来越多地应用于纳米材料和微细加工领域。

同时，随着计算机技术的发展，扫描电子显微镜将会实现更高的自动化和智能化，成为更加强大的工具。

结论扫描电子显微镜是一款横跨多个领域应用的重要科学工具，其在材料科学、生命科学、化学和地质学等领域均有广泛的应用。

虽然该技术已经发展多年，但随着技术和计算机技术的不断进步，扫描电子显微镜将会越来越强大，为人们探索科学世界提供更加强大的支持。

扫描电镜sem

扫描电镜（SEM）简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描的显微镜。

相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度视野，使得它成为材料科学、生命科学和物理科学等领域中常用的研究工具。

SEM通过利用电子多次反射，将样品表面的形貌细节放大数千倍，可以观察到微观结构，比如表面形态、粗糙度、纳米级颗粒等。

SEM通常需要真空环境下操作，因为电子束在大气压下很快会失去能量而无法达到高分辨率。

工作原理SEM的工作原理可以简单地分为以下几步：1.电子发射：SEM中，通过热发射或场发射的方式产生电子束。

这些电子被加速器加速，形成高速的电子流。

电子束的能量通常在10-30 keV之间。

2.样品照射：电子束通过一个聚焦系统照射到样品表面。

电子束与样品原子发生相互作用，从而产生各种现象，比如电子散射、透射和反射。

3.信号检测：样品与电子束发生相互作用后，产生的信号会被探测器捕获。

常见的SEM信号检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。

这些探测器可以测量电子信号的强度和性质。

4.信号处理和图像生成：SEM通过对探测到的信号进行处理和放大，生成图像。

这些图像可以显示出样品表面的微观结构和形貌。

应用领域SEM在许多科学领域中都有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：材料科学SEM可以用于研究材料的结构和形态。

它可以观察微观缺陷、晶体结构、纳米颗粒等材料细节。

这对于材料工程师来说非常重要，可以帮助他们改进材料的性能和开发新的材料。

生命科学SEM可以用于观察生物样品的微观结构。

比如，它可以观察细胞的形态、细胞器的分布和细胞表面的纹理。

这对于生物学家来说非常重要，可以帮助他们了解生物体的结构和功能。

纳米科学SEM在纳米科学领域中也有广泛的应用。

通过SEM可以对纳米材料进行表面形貌和结构的观察。

它可以显示出纳米结构的细节，帮助科学家研究纳米颗粒的组装、层析和相互作用等现象。

SEM扫描电子显微镜

线扫描分析：
电子探针
将谱仪〔波、能〕固定在所要测量的某一元素特征X射线信号〔波长或能量〕的位置，把电子束沿着指定的方向作直线轨迹扫描，便可得到这一元素沿直线的浓度分布状况。转变位置可得到另一元素的浓度分布状况。
面扫描分析〔X射线成像〕：
电子束在样品外表作光栅扫描，将谱仪〔波、能〕固定在所要测量的某一元素特征X射线信号〔波长或能量〕的位置，此时，在荧光屏上得到该元素的面分布图像。转变位置可得到另一元素的浓度分布状况。也是用X射线调制图像的方法。
征X射线，分析特征X射线的波长〔或能量〕可知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。
➢ 其镜筒局部构造和SEM一样，检测局部使用X射线谱仪。
电子探针
X射线谱仪是电子探针的信号检测系统，分为: 能量分散谱仪〔EDS〕，简称能谱仪，用来测定X射线特征能量。波长分散谱仪〔WDS〕，简称波谱仪，用来测定特征X射线波长。
对于纤维材料，用碳胶成束的粘接在样品台上即可。
样品制备
粉末样品：留意粉末的量，铺开程度和喷金厚度。粉末的量：用刮刀或牙签挑到双面导电胶〔2mm宽，8mm长〕，
均匀铺开，略压紧，多余的轻叩到废物瓶，或用洗耳球吹，后者易污染。铺开程度：粉末假设均匀，很少一点足矣，否则易导致粉末在观看时剥离外表。喷金集中在外表，下面样品易导电性不佳，观看比照度差，建议承受分散方式。
定量分析精度不如波谱仪。
电子探针
波谱仪
➢ 波谱仪主要由分光晶体和X射线检测系统组成。 ➢ 依据布拉格定律，从试样中发出的特征X射线，经过确定晶面间距的晶
体分光，波长不同的特征X射线将有不同的衍射角。通过连续地转变θ，就可以在与X射线入射方向呈2θ的位置上测到不同波长的特征X射线信号。 ➢ 依据莫塞莱定律可确定被测物质所含有的元素。

扫描电子显微镜(SEM)简介

关机与清理
完成观察后，关闭扫描电子显微镜主机和计算机，清理样品台，保持仪器整洁。
注意事项
样品求
确保样品无金属屑、尘埃等杂质，以免损坏镜体或影响成像质量。
避免过载
避免长时间连续使用仪器，以免造成仪器过载。
保持清洁
定期清洁扫描电子显微镜的镜头和样品台，以保持成像清晰。
操作人员要求
操作人员需经过专业培训，了解仪器原理和操作方法，避免误操作导致仪器损坏或人员伤害。
操作方式
有些SEM需要手动操作，而有些型号则具有自动扫描和调整功能。
适用领域
不同型号的SEM适用于不同的领域，如材料科学、生物学等，选
择时应考虑实际应用需求。
04
SEM的操作与注意事项
操作步骤
01
02
03
开机与预热
首先打开电源，启动计算机，并打开扫描电子显微镜主机。预热约30分钟，确保仪器稳定。
场发射电子源利用强电场作用下的金属尖端产生电子，具有高亮度、低束流的优点，但需要保持清洁和稳定的尖端环境。
聚光镜
聚光镜是扫描电子显微镜中的重要组成部分，它的作用是将电子束汇聚成细束，并传递到样品表
面。
聚光镜通常由两级组成，第一级聚光镜将电子束汇聚成较大直径的束流，第二级聚光镜进一步缩
小束流直径，提高成像质量。
生态研究
环境SEM技术可以应用于生态研究中，例如观察生物膜、土壤结构等，为环境保护和治理提供有力支持。
THANKS
感谢观看
样品放置
将样品放置在样品台上，确保样品稳定且无遮挡物。
调整工作距离
根据样品特性，调整工作距离（WD）至适当位置，以确保最佳成像效果。
操作步骤

利用扫描电子显微镜获取材料表面形貌信息

利用扫描电子显微镜获取材料表面形貌信息扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种用于观察和分析材料表面形貌的高分辨率显微镜。

利用其高能电子束和探测器，SEM可以提供高放大倍率和出色的表面清晰度，为研究人员提供详细的材料表面形貌信息。

本文将介绍扫描电子显微镜的原理，操作方法以及其在材料科学中的应用。

首先，让我们来了解一下扫描电子显微镜的工作原理。

SEM采用的是电子束扫描观察的原理。

它通过在材料上扫描射出高能电子束，当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种与电子互作用的物理现象，如散射、逸出电子和背散射等。

SEM探测器将这些信号转换成图像，并以高分辨率的方式显示在显示器上。

此外，SEM还可以利用特殊的探头扫描电子显微镜，通过测量振荡电势，进一步获得材料的表面化学成分分布。

接下来，我们将介绍如何操作扫描电子显微镜来获取材料表面形貌信息。

首先，样品需要被制备成适合SEM观察的形式。

通常情况下，需要将样品表面进行金属或碳层涂覆，以增加导电性，然后将样品固定在SEM样品支架上。

样品准备的质量直接影响着SEM观察结果的准确性和可靠性，因此样品制备过程一定要严格控制。

接下来，将样品装载到SEM的样品舱中，关闭操作室门，开始抽真空。

当真空达到要求后，可以开始调整SEM的参数，如电子束加速电压、工作距离和探测器的选择等。

一旦调整完毕，可以将电子束聚焦在样品表面并开始扫描。

同时，可以调整探测器的位置和参数，以获得不同深度的信息。

最后，观察和记录SEM图像，并进一步分析和处理图像数据，以获得材料表面的形貌和结构信息。

扫描电子显微镜在材料科学中有着广泛的应用。

首先，SEM可以用于研究微观结构和形貌。

通过观察样品的表面形貌，可以获得材料的纹理、粗糙度、颗粒大小等信息，帮助研究人员了解材料的制备过程和性能。

其次，SEM还可以帮助分析材料的化学成分分布。

通过能谱仪等设备，可以测量样品表面的元素分布情况，从而研究材料的成分和相对丰度。

扫描电子显微镜工作原理

扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并通过感应信号形成显像的仪器。

其工作原理如下：
1. 电子源发射电子束：SEM中有一个电子枪，用于产生高能电子。

电子枪中通常会使用热阴极，通过加热或电子轰击方式将电子从阴极中释放出来。

2. 高能电子束聚焦：释放出来的电子会受到聚焦系统的控制，将电子束聚焦成一个非常细小的束斑。

聚焦系统通常包括透镜或电磁镜等。

3. 电子束扫描：经过聚焦的电子束被定向扫描到样品表面。

样品通常需要先制备成非导电表面或镀上导电层，以便电子束能够顺利地与样品相互作用。

4. 电子-样品相互作用：电子束与样品表面相互作用会产生多种效应，如散射、反射、透射等。

其中最常用的效应是二次电子发射（secondary electron emission）和后向散射电子（backscattered electron）的产生。

5. 信号收集：通过安装在SEM中的多种探测器，可以收集和测量与电子-样品相互作用相关的信号。

常用的探测器包括：二次电子探测器、后向散射电子探测器、X射线能谱仪等。

6. 信号转换和处理：收集到的信号会经过放大、滤波、数字化
等处理，并转化成图像或谱图。

7. 图像显示：最后，处理好的信号通过计算机和显示器进行图像重建和显示，使得研究人员可以观察到样品表面的微观结构和形貌。

扫描电子显微镜通过以上步骤实现样品表面的高分辨率成像，并能提供有关样品表面化学元素的分布信息。

它在材料科学、生物学、纳米学等领域发挥着重要作用。

SEM扫描电子显微镜PPT

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。
THANKS FOR WATCHING
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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。

扫描电镜的成像原理

扫描电镜的成像原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束成像的显微镜。

与传统光学显微镜不同，SEM使用电子束取代了光束，使其能够获得更高的分辨率和更大的放大倍数。

SEM的成像原理主要包括以下几个步骤：电子发射、电子束聚焦、电子束转换、排序和检测。

首先，SEM通过一个热丝发射电子。

这种方法通常通过加热丝使其发出电子，这些电子受到引力吸引到下方的电子透镜。

电子束通过发射针和折射电镜来聚集。

通常，SEM使用热阴极（发射丝）作为电子源。

其次，电子束从热阴极放射出来然后经过几个电子透镜进行聚焦。

这些透镜包括减速电场、主透镜和聚束透镜。

通过调整这些透镜的电场，可以调节电子束的方向和聚焦度，以便在样品表面形成一个尖锐且高度聚焦的电子束。

接下来，电子束扫描在样品上以产生显微图像。

电子束沿着样品表面扫描采集散射电子的信息。

扫描可以沿着两个轴进行：水平和垂直。

扫描过程以重复的方式在样品表面上移动，通过在每个扫描点测量所产生的散射电子数来生成显微图像。

扫描速度较快，可以在短时间内生成高分辨率的显微图像。

最后，检测获得的信号并转换为图像。

通过采集散射电子的数量来计算RGB值，经过数字化后形成图像。

接收到的散射电子信号被电子透镜转换为电压信号，然后经过放大和处理，形成图像。

SEM通常采取反应图像的形式，其中样品被扫描的电子束激发并产生信号。

图像可以通过监视器进行实时观察，也可以以数字形式存储和处理。

总而言之，扫描电子显微镜通过使用电子束而不是光束来观察样品表面的微观结构。

它通过电子的发射、聚焦、能量转换、扫描和检测来实现成像。

这使得SEM能够提供比传统光学显微镜更高的分辨率和更大的放大倍数，是一种非常强大的显微镜工具。

扫描电子显微镜原理

扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束照射样本表面，通过采集样本散射的次级电子、反射电子、透射电子等生成显微图像的设备。

其原理与传统光学显微镜不同，利用电子束的波粒二象性和电子与物质相互作用的性质来获得高分辨率的图像。

扫描电子显微镜由电子光源、电子光学系统、样本台以及信号检测和图像处理系统等组成。

首先，电子显微镜的电子光源发射出高能电子束，通常通过热丝发射电子的方式。

这些电子束会经过准直和聚焦装置，使其成为一束细且聚焦的电子束。

接下来，样本被放置在扫描电子显微镜的样本台上。

样本表面会与入射电子束相互作用，产生不同的信号。

其中，主要信号包括次级电子（Secondary Electron, SE）、反射电子（Backscattered Electron, BE）以及透射电子（Transmitted Electron, TE）。

次级电子主要由入射电子与样本表面原子的相互作用而产生，其被采集并转化为图像。

反射电子主要是在样本内部物质的相互作用下被散射回来的电子，同样被采集和转化为图像。

透射电子则是透过样本的电子，其传感元件可将其图像化。

这些信号被接收后，经过放大和转换为电子图像信号。

电子图像信号可以通过荧光屏或者光电二极管进行观测和记录。

最后，通过图像处理系统将电子信号转化为高分辨率的图像，该图像具有较高的对比度和分辨率，可以用来观察样本的细微特征。

扫描电子显微镜以其高分辨率和强大的观察能力被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术以及表面科学等领域。

扫描电子显微镜原理

扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束来观察样品表面微观形貌和成分的高分辨率显微镜。

与光学显微镜相比，扫描电子显微镜具有更高的放大倍数和更高的分辨率，可以观察到更小尺度的细微结构。

其原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。

首先，电子源产生的电子束是扫描电子显微镜的核心。

电子源通常采用热阴极或冷阴极发射电子，产生的电子束经过加速器加速后，形成高速、高能的电子束。

这些电子束的能量通常在几千至几十万电子伏特之间，高能的电子束可以穿透样品表面，形成高分辨率的显微图像。

其次，电子透镜系统是控制和聚焦电子束的关键部分。

电子束经过电子透镜系统的聚焦和控制后，可以形成非常细小的探针，可以在样品表面进行扫描。

电子透镜系统通常包括几个磁场和电场透镜，通过调节透镜的参数可以实现对电子束的聚焦和控制，从而获得高分辨率的显微图像。

样品台是扫描电子显微镜中支撑样品的部分，样品通常需要制备成非常薄的样品片或者表面导电涂层，以便电子束可以穿透或者散射到样品表面。

样品台通常可以实现样品的旋转、倾斜和移动，以便观察样品的不同部位和角度。

探针是电子束在样品表面扫描时的实际作用部分，电子束在样品表面扫描时，会与样品表面发生相互作用，产生不同的信号。

这些信号包括二次电子、反射电子、X射线等，通过探针和样品表面的相互作用，可以获取样品表面的形貌和成分信息。

最后，检测器是扫描电子显微镜中用于接收和检测样品表面信号的部分，不同的检测器可以接收和检测不同类型的信号。

常见的检测器包括二次电子检测器、反射电子检测器和X射线能谱仪等，通过这些检测器可以获取样品表面的形貌和成分信息。

综上所述，扫描电子显微镜的原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。

通过这些部分的协同作用，可以实现对样品表面微观形貌和成分的高分辨率观察和分析，为材料科学、生物科学和纳米科学等领域的研究提供了重要的工具和手段。

扫描电镜

分辨率和放大倍数
分辨率：能分辨出的两点间的最小距离；放大倍数就是显示的尺寸比实际的尺寸，即：
M=Lob/Lreal 工作距离、景深和分辨率的关系：
在相同的加速电压下，工作距离越长，景深越大，分辨率越低；反之亦然。
扫描电镜具有以下特点：
景深长视野大：在相同放大倍数的情况下，扫描电镜的景深比光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍，所以扫描电镜图像有极强的立
体感，可以观察样品的三维立体结构；
样品制备简单：可以直接观察大块厚样品，不需切片等样品处理；分辨率高；
样品信息丰富：不同检测器分别接受不同的信号，可以得到相应的图
像，对样品的表面形貌、成分和结构进行观察和分析。
三、扫描电镜配置
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。
这种现象称为荷电效应。减少荷电效应的方法：喷金、喷碳、低真空、冷场电镜、低加速电压等。
损伤：1)真空损伤，生物样品从大气中放入真空中，产生真空损伤；2)
电子束损伤，电子束的能量引起照射点的局部加热等，造成样品破裂或局部漂移。
较少损伤常用方法：降低加速电压及较小的电子束流，加厚喷镀金属膜。
边缘效应：在凸起的边缘，由于扩大了电子作用区的裸露表面，而使二次电子产率有明显增大。在图像上这些区域特别亮，造成不自然的反差，可通过降低加速电压的方法来减轻边缘效应。
BSE
SE
SE Z
SE
sample
nm-1 μm深度
背散射电子束成像分辨率一般为 50-200 nm 。
背散射电子成像(Back-scattered electrons imaging, BSE)
背散射电子产率随原子序数的增加而增加，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。

扫描电子显微镜SEM

第五章
扫描电镜分析
SEM－Scanning Electron Microscope
1
5.1 扫描电子显微镜的工作原理
2
5.1 扫描电子显微镜的工作原理
• 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。 • 由电子枪发射的能量为 5 ～ 35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。 • 聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
(1)二次电子能谱特性； (2)入射电子的能量； (3)材料的原子序数； (4)样品倾斜角。
18
二次电子像的衬度可以分为以下几类：
(1)形貌衬度 (2)成分衬度 (3)电压衬度 (4)磁衬度(第一类) 右图为形貌衬度原理
19
二次电子像衬度的特点：
（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。
34
5.5 扫描电子显微镜样品制备---3
粉末试样的制备先将导电胶或双面胶纸粘结在样品座上，再均匀地把粉末样撒在上面，用洗耳球吹去未粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜观察。镀膜的方法有两种，一是真空镀膜，另一种是离子溅射镀膜。离子溅射镀膜的原理是：在低气压系统中，气体分子在相隔一定距离的阳极和阴极之间的强电场作用下电离成正离子和电子，正离子飞向阴极，电子飞向阳极，二电极间形成辉光放电，在辉光放电过程中，具有一定动量的正离子撞击阴极，使阴极表面的原子被逐出，称为溅射，如果阴极表面为用来镀膜的材料（靶材），需要镀膜的样品放在作为阳极的样品台上，则被正离子轰击而溅射出来的靶材原子沉积在试样上，形成一定厚度的镀膜层。离子溅射时常用的气体为惰性气体氩，要求不高时，也可以用空气，气压约为 5 X 10 -2 Torr 。离子溅射镀膜与真空镀膜相比，其主要优点是：（ 1 ）装置结构简单，使用方便，溅射一次只需几分钟，而真空镀膜则要半个小时以上。（ 2 ）消耗贵金属少，每次仅约几毫克。（ 3 ）对同一种镀膜材料，离子溅射镀膜质量好，能形成颗粒更细、更致密、更均匀、附着力更强的膜。

sem扫描电镜原理

sem扫描电镜原理
SEM（扫描电子显微镜）原理是利用高能电子束与样品相互
作用来获取样品的表面形貌和成分信息。

SEM与光学显微镜
相比，具有更高的分辨率和深度的焦点。

SEM的基本工作原理是将电子源发射的电子加速至高能态，
并通过聚焦系统将其聚焦到极细的电子束。

这个电子束会与样品表面相互作用，并产生多种信号。

最常用的信号是二次电子（SE）和反射电子（BSE），它们
是通过样品表面上被电子束激发的次级电子和逆向散射的电子。

这些信号会被探测器捕捉并转换成电信号。

SEM中的探测器通常是一个二次电子探测器和一个反射电子
探测器。

二次电子探测器能够检测到与样品表面形貌有关的细节信息，如表面轮廓和纹理。

反射电子探测器可以提供关于样品的元素组成和晶体结构等信息。

收集到的电信号经过放大、处理和转换后，可以通过计算机系统将其转化为图像。

这样，我们就可以观察到样品表面的微观形貌和成分分布情况。

总之，SEM利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面形
貌和成分信息，通过探测器将产生的次级电子和反射电子信号转化为图像，从而实现对样品的高分辨率观测和分析。

SEM扫描电子显微镜课件

扫描电镜结构原理框图
扫描电镜结构电子光学系统，信号收集处理、图像显示和记录系统，真空系统，三部分组成
扫描电镜结构原理
１、电子光学系统：电子枪电磁透镜（２个强磁１个弱磁）可使原来50μm电子束斑聚焦为6nm。扫描线圈样品室
电子束的滴状作用体积示意图
不同能量的电子束在样品中的作用模拟图
电子束在不同样品中的作用模拟图
但是，当电子束射入重元素样品中时，作用体积不呈滴状，而是半球状。电子束进入表面后立即向横向扩展，因此在分析重元素时，即使电子束的束斑很细小，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宰之间的差距明显变小。由此可见，在其它条件相同的情况下(如信号噪音比、磁场条件及机械振动等)，电子束的束斑大小、检测信号的类型以及检测部位的原子序数是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素。
五、特征Ｘ射线当样品原子的内层电子被入射电子激发，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。用Ｘ射线探测器测到样品微区中存在一种特征波长，就可以判定这个微区中存在着相应的元素。
六、俄歇电子在特征x射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另—个电子发射出去，这个被电离出来的电子称为～。俄歇电子能量各有特征值，能量很低，一般为50-1500eV. 俄歇电子的平均白由程很小(1nm左右). 只有在距离表面层1nm左右范围内(即几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具备特征能量，因此俄歇电子特别适用于表面层的成分分析。
由于ZrO2相平均原子序数远高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石－斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。

扫描电子显微镜

基本结构
结构示意图
1-镜筒；2-样品室；3-EDS探测器；4-监控器；5-EBSD探测器；6-计算机主机；7-开机/待机/关机按钮；8底座；9-WDS探测器。
基本原理
扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源；点光源在加速电压下形成高能电子束；高能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号。此时，电子信号会被样品上方不同信号接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录（图a）。由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号有：俄歇电子（Au E）、二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、X射线（特征X射线、连续X射线）、阴极荧光（CL）、吸收电子（AE）和透射电子（图b）。每种电子信号的用途因作用深度而异。
2021年，全数字化扫描电子显微镜新品在无锡惠山发布。
类型
扫描电子显微镜类型多样，不同类型的扫描电子显微镜存在性能上的差异。根据电子枪种类可分为三种：场发射电子枪、钨丝枪和六硼化镧。其中，场发射扫描电子显微镜根据光源性能可分为冷场发射扫描电子显微镜和热场发射扫描电子显微镜。冷场发射扫描电子显微镜对真空条件要求高，束流不稳定，发射体使用寿命短，需要定时对针尖进行清洗，仅局限于单一的图像观察，应用范围有限；而热场发射扫描电子显微镜不仅连续工作时间长，还能与多种附件搭配实现综合分析。在地质领域中，我们不仅需要对样品进行初步形貌观察，还需要结合分析仪对样品的其它性质进行分析，所以热场发射扫描电子显微镜的应用更为广泛。
图 a.扫描电子显微镜原理图;b.扫描电子显微镜电子信号示意
图 a.扫描电子显微镜原理图；b.扫描电子显微镜电子信号示意图。

扫描电子显微镜的结构与原理

信号的收集与处理
在相互作用过程中产生的二次电子和背反射电子被信号检测器收集，然后通过一系列的放大和滤波处理，将信号转换为电信号。这些电信号再被送入显示系统进行处理，最终形成可供观察和分析的图像
图像的形成与显示
显示系统通常由一台计算机和显示器组成。计算机接收到来自信号检测器的电信号后，将其转换为数字信号，再通过图像处理软件进行进一步处理。处理后的图像被实时显示在计算机屏幕上或存储在硬盘中以供后续分析。用户可以通过调整显微镜的各种参数( 如扫描速度、分辨率等)来优化图像质量
3
电子束的产生与聚焦
在扫描电子显微镜中，电子枪产生电子束，经过加速电压加速后，通过一系列电磁透镜将电子束缩小并聚焦在样品表面。这些透镜通常由多个电磁线圈组成，通过调整线圈电流的大小来控制透镜的焦距，进而改变电子束的大小和形状
电子束与样品的相互作用
当电子束扫描到样品表面时，会与样品产生多种相互作用。其中最主要的是二次电子和背反射电子的产生。二次电子是样品表面受到电子束轰击后，从原子中释放出的低能电子。背反射电子则是从样品表面反射回的较高能量的电子。这两种信号都可以用于形成样品的形貌图像
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我们的目录
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引言
基本结构工作原理结论
1
它利用电子束扫描样品表面，产生多种相互作用，从而获得样品的形貌、成分、晶体结构
等信息
扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称 SEM)是一种用于观察物质表面微观结构的电子光学仪器本文将介绍扫描电子显微镜的基本结构和工作原理
2
扫描电子显微镜主要由以下几个部分组成

sem扫描电镜

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。
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，背散射电子像对成扫描电子显微镜，简称为扫描电镜，英文缩写为SEM （Scanning Electron Microscope）。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。SEM已广泛应用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
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。
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。
✓ 现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，二次电子像的分辨率可达到2nm。
✓ 扫描电镜的分辨率与电子在试样上的最小扫描范围有关。通常电压为1〜30kV。
图3 三种不同类型的电子枪材质
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。
SEM的主要性能参数
分辨率放大倍数景深
分辨率

扫描电子显微镜

多模式和多功能：未来的扫描电子显微镜将具备多种模式和功能，例如在观察形貌的同时进行成分分析、晶体结构分析等。此外，还将开发出更多的附属功能，如样品制备、图像处理和分析等
扫描电子显微镜的发展趋势
自动化和智能化：随着自动化和智能化技术的不断发展，未来的扫描电子显微镜将更加智能化，具备自动调整参数、自动聚焦、自动扫描等功能。同时，还将引入人工智能和机器学习等技术，提高图像处理和分析的自动化程度
高分辨率和高质量图像：随着透射电镜等其他电子显微技术的发展，扫描电子显微镜的分辨率和图像质量也将得到进一步提高。同时，新的探测器和信号处理技术也将被引入，以提高图像的信噪比和对比度
高速扫描和实时成像：为了更好地观察动态过程和实时变化，扫描电子显微镜的扫描速度将得到提高，同时配备更快的电子束扫描系统和更灵敏的探测器，实现高速扫描和实时成像
扫描电子显微镜的应用领域
总之，扫描电子显微镜作为一种高分辨率的电子显微技术，在各个领域都有着广泛的应用前景
随着技术的不断发展和进步，相信它的应用领域将会越来越广泛
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扫描电子显微镜的发展趋势
扫描电子显微镜的发展趋势
随着科技的不断发展，扫描电子显微镜也在不断发展和改进，未来将会呈现出以下发展趋势
材料科学：材料科学领域需要对金属、陶瓷、聚合物等材料的结构和性能进行研究。扫描电子显微镜能够提供高分辨率和高对比度的图像，帮助研究人员了解材料的微观结构和性能之间的关系
扫描电子显微镜的应用前景
总之，扫描电子显微镜作为一种高分辨率的电子显微技术，在各个领域都有着广泛的应用前
景
随着技术的不断发展和进步，相信它的应用领域将会越来越广泛，为科学研究和技术创新做

扫描电子显微镜原理

扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种用电子束替代光束对样品进行成像的高分辨率显微镜。

SEM具有非常高的分辨率和放大倍数，可以观察到微米到纳米级的细节。

其原理基于电子束与样品之间的相互作用，通过感应和检测来生成图像。

SEM的原理可以分为三个主要步骤：电子束产生和加速，电子束与样品交互，以及图像检测和生成。

首先，电子束产生和加速过程。

SEM使用热阴极发射枪或场发射枪来产生一个稳定且高能的电子束。

热阴极发射枪通过加热钨丝，使其发射电子；场发射枪则利用电场来加速和发射电子。

发射枪后方的聚束系统将电子束聚束成一个窄束。

接下来，电子束与样品交互。

电子束从顶部照射到样品表面，与样品表面的原子和分子发生相互作用。

主要有三种相互作用：散射，逸出和激发。

散射是电子与样品原子发生碰撞后的改变方向，逸出是电子穿透样品表面，进入真空中，激发是样品中的原子和分子受到电子束的能量激发。

最后，图像检测和生成过程。

SEM通过检测电子束与样品交互的结果来生成图像。

其主要包括二次电子检测和后向散射电子检测。

二次电子检测器探测到从样品表面发射的二次电子，而后向散射电子检测器则探测到从样品表面散射回来的电子。

二次电子图像提供了样品表面形貌的图像，而后向散射电子图像提供了更深入的结构和成分信息。

在SEM中，电子束的聚焦和扫描是通过一组聚束和偏转电磁透镜来实现的。

聚束透镜可以将电子束聚焦到非常小的尺寸，从而提高分辨率。

扫描透镜则通过逐个偏转电子束到样品的不同位置，从而形成样品的图像。

此外，SEM还可以通过斑点和线扫描的方式进行图像获取。

斑点扫描即电子束在一点上停留一段时间，然后再移动到下一个点。

线扫描则是电子束在样品上移动成一条线，然后再移动到下一行。

通过这两种扫描方式，可以获得高分辨率和比较快速的图像。

总结起来，扫描电子显微镜利用电子束与样品的相互作用生成图像。

通过电子束产生和加速、电子束与样品交互，以及图像检测和生成等过程，可以获得高分辨率的样品表面形貌以及更深入的结构和成分信息。