基于扫描电镜的电子束曝光系统Raith(课堂PPT)
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扫描电镜培训资料PPT课件
F d0 0.02m m
tgc Mtgc
d0临界分辨本领，c 电子束的入射角
第28页/共36页
7. 样品制备
• 扫描电镜的最大优点是样品制备方法简单，对金属和陶瓷 等块状样品，只需将它们切割成大小合适的尺寸，用导电 胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。
• 对于非导电样品如塑料、矿物等，在电子束作用下会产生 电荷堆积，影响入射电子束斑和样品发射的二次电子运动 轨迹，使图像质量下降。因此这类试样在观察前要喷镀导 电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或 碳膜做导电层，膜厚控制在20nm左右。
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。
第4页/共36页
Optical Microscope VS SEM
第1页/共36页
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第三章 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
第3页/共36页
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，
第33页/共36页
8.3 在微电子工业方面的应用
（a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。
第34页/共36页
本章重点
电子束与固体样品作用时产生的信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像
tgc Mtgc
d0临界分辨本领，c 电子束的入射角
第28页/共36页
7. 样品制备
• 扫描电镜的最大优点是样品制备方法简单，对金属和陶瓷 等块状样品，只需将它们切割成大小合适的尺寸，用导电 胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。
• 对于非导电样品如塑料、矿物等，在电子束作用下会产生 电荷堆积，影响入射电子束斑和样品发射的二次电子运动 轨迹，使图像质量下降。因此这类试样在观察前要喷镀导 电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或 碳膜做导电层，膜厚控制在20nm左右。
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。
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Optical Microscope VS SEM
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第三章 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
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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，
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8.3 在微电子工业方面的应用
（a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。
第34页/共36页
本章重点
电子束与固体样品作用时产生的信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像
扫描电镜的结构原理及其操作使用课件
具有重要意义。
THANKS
感谢观看
材料内部结构分析
通过扫描电镜观察材料内部不同层次的结构，可以研究材 料的晶体结构、相组成、微织构等，对于材料的性能研究 和优化具有重要意义。
材料元素分布分析
扫描电镜配备的能谱分析仪可以测定材料中元素的种类和 分布情况，对于研究材料的化学成分和元素迁移行为具有 重要作用。
生物医学研究应用案例
01
细胞结构与功能研究
半导体器件结构与性能分 析
扫描电镜可以观察半导体器件的结构和性能 ，如芯片的微观电路结构、缺陷分析等，对 于半导体行业的产品研发和质量监控具有重 要意义。
半导体材料表面形貌与成 分分析
扫描电镜可以观察半导体材料表面的微观形 貌和成分，如硅片、锗片的表面粗糙度和化 学组成，对于半导体材料的研究和质量控制
特点
高分辨率、高景深、高灵敏度、多功能性等。
历史与发展
历史
SEM最早出现于1940年代，但真 正的发展和应用是在1950年代以 后。
发展
经历了多个阶段，从最初的简单 扫描电镜，到现在的场发射扫描 电镜、能量色散X射线谱仪等高级 配置。
应用领域
01
02
03
04
材料科学
用于研究材料的微观结构和性 能，如金属、陶瓷、高分子等
图像扭曲
可能是由于扫描电镜的电子束不稳定或样品表面不平整所 致。解决办法是调整扫描电镜的电子束稳定性或对样品表 面进行预处理。
样品烧蚀
可能是由于样品表面有金属杂质或样品放置不当所致。解 决办法是更换样品或调整扫描电镜的加速电压和电流。
05
扫描电镜应用案例展示
材料科学研究应用案例
材料表面形貌分析
扫描电镜可以用于研究材料表面的微观形貌，如表面粗糙 度、颗粒大小等，对于材料科学的基础研究和应用研究有 重要作用。
THANKS
感谢观看
材料内部结构分析
通过扫描电镜观察材料内部不同层次的结构，可以研究材 料的晶体结构、相组成、微织构等，对于材料的性能研究 和优化具有重要意义。
材料元素分布分析
扫描电镜配备的能谱分析仪可以测定材料中元素的种类和 分布情况，对于研究材料的化学成分和元素迁移行为具有 重要作用。
生物医学研究应用案例
01
细胞结构与功能研究
半导体器件结构与性能分 析
扫描电镜可以观察半导体器件的结构和性能 ，如芯片的微观电路结构、缺陷分析等，对 于半导体行业的产品研发和质量监控具有重 要意义。
半导体材料表面形貌与成 分分析
扫描电镜可以观察半导体材料表面的微观形 貌和成分，如硅片、锗片的表面粗糙度和化 学组成，对于半导体材料的研究和质量控制
特点
高分辨率、高景深、高灵敏度、多功能性等。
历史与发展
历史
SEM最早出现于1940年代，但真 正的发展和应用是在1950年代以 后。
发展
经历了多个阶段，从最初的简单 扫描电镜，到现在的场发射扫描 电镜、能量色散X射线谱仪等高级 配置。
应用领域
01
02
03
04
材料科学
用于研究材料的微观结构和性 能，如金属、陶瓷、高分子等
图像扭曲
可能是由于扫描电镜的电子束不稳定或样品表面不平整所 致。解决办法是调整扫描电镜的电子束稳定性或对样品表 面进行预处理。
样品烧蚀
可能是由于样品表面有金属杂质或样品放置不当所致。解 决办法是更换样品或调整扫描电镜的加速电压和电流。
05
扫描电镜应用案例展示
材料科学研究应用案例
材料表面形貌分析
扫描电镜可以用于研究材料表面的微观形貌，如表面粗糙 度、颗粒大小等，对于材料科学的基础研究和应用研究有 重要作用。
基于扫描电镜的电子束曝光系统Raith
• Condenser aperture eliminates high-angle electrons.
• Second condenser lens forms thinner, coherent beam ("fine knob" ).
• Objective aperture (usu. userselectable) further eliminates high-angle electrons from
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
精品文档
二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
基于扫描电镜的电子束曝光系统 Raith GmbH Elphy plus
精品文档
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
精品文档
XL 30 S FEG (a top performing field emission
incident e- beam
beam location
emitted e-
secondary edetector
signal intensity
~精+品12文,0档00 V
Raith电子束曝光系统
曝光精度 < 30 nm , 器件套刻精度~ 50精n品m文档
控制系统界面
• Second condenser lens forms thinner, coherent beam ("fine knob" ).
• Objective aperture (usu. userselectable) further eliminates high-angle electrons from
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
精品文档
二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
基于扫描电镜的电子束曝光系统 Raith GmbH Elphy plus
精品文档
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
精品文档
XL 30 S FEG (a top performing field emission
incident e- beam
beam location
emitted e-
secondary edetector
signal intensity
~精+品12文,0档00 V
Raith电子束曝光系统
曝光精度 < 30 nm , 器件套刻精度~ 50精n品m文档
控制系统界面
扫描电镜第三章PPT课件
散器及物镜光阑； • 设计时焦距应尽可能短。
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扫描系统：
组成：由扫描信号发生器、两组偏转线圈、衰 减网络等电子线路组成。 使电子束偏转，在样品上作光栅状扫描
作用
改变电子束在样品表面扫描振幅， 以获得不同放大倍数的图像
保证电子束在样品上的扫描与显 示系统中的电子束在荧光屏上的 扫描保持同步。
第18页/共83页
• 样品室四壁应有多个备用窗口，安装电子检测器，安装其他监 测器和谱仪，以便进行综合性研究；
•在试样台中，试样能进行拉伸、压缩、弯曲、加热、深冷等， 以便研究一些动力学过程；
• 要考虑X-ray通道
第19页/共83页
2）、样品台 拉伸台、加热台、冷冻台、低温台等。
第20页/共83页
在最佳焦点上下方某个距离内，电子束宽化到重叠两个像 素，产生明显离焦，这个距离称为景深。
第46页/共83页
∵当电子束重叠一个以上像素时， 图像模糊
D ≈ 2r/ α= 0.1/ αM
∴在电子束斑尺寸一定时，减小
孔径角 或减小放大倍率均可增
加景深。
减小孔径角：α=R/WD
R：末级光阑尺寸 D：工作距离
• 试样导电、导热、稳定 。
第58页/共83页
不导电试样的特点
• 不导电试样或者导电性差的试样，例如无机 非金属材料、有机材料、矿物及生物材料等， 在常规EPMA、SEM分析条件下，由于电荷 积累而产生放电现象、也称荷电（由于缺少 足够的对地导电途径，当试样受电子束轰击 时其表面发生电荷积累的现象）。在分析有 荷电的试样时，无法确定分析点，分析点会 随时间变化；吸收电流减小，无法定量分析； 降低了有效加速电压；图像质量差，或者无 法成像等。
第10页/共83页
第14页/共83页
扫描系统：
组成：由扫描信号发生器、两组偏转线圈、衰 减网络等电子线路组成。 使电子束偏转，在样品上作光栅状扫描
作用
改变电子束在样品表面扫描振幅， 以获得不同放大倍数的图像
保证电子束在样品上的扫描与显 示系统中的电子束在荧光屏上的 扫描保持同步。
第18页/共83页
• 样品室四壁应有多个备用窗口，安装电子检测器，安装其他监 测器和谱仪，以便进行综合性研究；
•在试样台中，试样能进行拉伸、压缩、弯曲、加热、深冷等， 以便研究一些动力学过程；
• 要考虑X-ray通道
第19页/共83页
2）、样品台 拉伸台、加热台、冷冻台、低温台等。
第20页/共83页
在最佳焦点上下方某个距离内，电子束宽化到重叠两个像 素，产生明显离焦，这个距离称为景深。
第46页/共83页
∵当电子束重叠一个以上像素时， 图像模糊
D ≈ 2r/ α= 0.1/ αM
∴在电子束斑尺寸一定时，减小
孔径角 或减小放大倍率均可增
加景深。
减小孔径角：α=R/WD
R：末级光阑尺寸 D：工作距离
• 试样导电、导热、稳定 。
第58页/共83页
不导电试样的特点
• 不导电试样或者导电性差的试样，例如无机 非金属材料、有机材料、矿物及生物材料等， 在常规EPMA、SEM分析条件下，由于电荷 积累而产生放电现象、也称荷电（由于缺少 足够的对地导电途径，当试样受电子束轰击 时其表面发生电荷积累的现象）。在分析有 荷电的试样时，无法确定分析点，分析点会 随时间变化；吸收电流减小，无法定量分析； 降低了有效加速电压；图像质量差，或者无 法成像等。
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扫描电镜原理及提高图像质量的方法ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
(2)扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫 描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入 射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在 样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍 数。
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η随原子序数Z的变化如图所示 (δ为二次电子产率)。可见，背散射电子信号 强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均 原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此，可以根 据背散射电子像衬度来判断相应区域原子序数 的相对高低。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
(3)信号收集系统
扫描电镜应用的物理信号可分为： 1）电子信号，包括二次电子、背散射电子、 透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表 测，其他电子信号用电子收集器； 2）特征X射线信号，用X射线谱仪检测； 3）可见光讯号（阴极荧光），用可见光收 集器。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
电子能谱图
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
特征X射线
电子束曝光培训ppt课件
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
1.电子束曝光概述
1.1ห้องสมุดไป่ตู้电子束曝光是什么？
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电磁透镜
它与光学聚光透镜的原理相同，能够聚焦电子束的束径，使电子最大 限度的到达曝光表面
限制膜孔 电子探测器
工作台 分子泵
场发射电子枪
电子枪准直系统 电磁透镜 消像散器 偏转器
物镜
样品交换室
机械泵
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电子束曝光概述 电子束曝光系统的结构与原理 CABL9000C电子束曝光系统及关键参数 电子束曝光的工艺程序 电子束曝光的极限分辨率 多层刻蚀工艺
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
1.电子束曝光概述
1.1ห้องสมุดไป่ตู้电子束曝光是什么？
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电磁透镜
它与光学聚光透镜的原理相同，能够聚焦电子束的束径，使电子最大 限度的到达曝光表面
限制膜孔 电子探测器
工作台 分子泵
场发射电子枪
电子枪准直系统 电磁透镜 消像散器 偏转器
物镜
样品交换室
机械泵
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电子束曝光概述 电子束曝光系统的结构与原理 CABL9000C电子束曝光系统及关键参数 电子束曝光的工艺程序 电子束曝光的极限分辨率 多层刻蚀工艺
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
扫描电镜精品PPT课件
扫描电镜
SEM构造及原理：
构造：电子光学系统 信号收集处理系统 真空系统 供电系统
电子光学系统: 包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
电子枪 SEM 中的电子枪与TEM 中的相似，但加速电压更低。 热阴极电子枪 ，束斑可达6nm 。六硼化镧和场发射 电子枪，束斑更小。
电磁透镜（3个） 功 能： 聚焦电子枪束斑，50mm→nm级斑点。 前二者：强透镜，缩小电子束光斑 第三个：弱透镜，习惯称物镜，有较长的焦距， 使样品和透镜之间留有一定空间以装入 各种信号探测器。 SEM中束斑越小，成像单元越小，分辨率就愈高。
2) 选区电子通道花样： 微区范围 10 -15 um 产生花样的区域1-3mm
电子通道花样的标定
L—末级透镜至晶体表面的距离 M—花样放大倍数 W—荧光屏上某衬度带的宽度
EBSD技术
EBSD技术
EBSD技术相关原理 EBSD应用及数据处理
电子背散射衍射分析技术
基于扫描电镜（SEM）中电子束在倾斜 样品表面激发出并形成的衍射菊池带的 分析从而确定晶体结构、取向及相关信 息的方法。
信号收集处理系统
二次电子，背散射电子，透镜电子等信号都可用闪 烁计数器检测。
信号电子进入闪烁体即引起电离，当离子和自由电子 复合后产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电 倍增器，光信号放大，又转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大后成为调制信号。
真空系统
为保证电子光学系统的正常工作，对真空度有一定要 求。 真空度 > 1.33×10-2～1.33×10-3Pa 冷场发射真空度一般要达到：10-7 Pa
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像 管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线 圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，电子 束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一 个亮点。扫描电镜采用逐点成像的方法，把样品表 面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号， 完成一帧图像，从而在荧光屏上观察到样品表面的 各种特征图像。
SEM构造及原理：
构造：电子光学系统 信号收集处理系统 真空系统 供电系统
电子光学系统: 包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
电子枪 SEM 中的电子枪与TEM 中的相似，但加速电压更低。 热阴极电子枪 ，束斑可达6nm 。六硼化镧和场发射 电子枪，束斑更小。
电磁透镜（3个） 功 能： 聚焦电子枪束斑，50mm→nm级斑点。 前二者：强透镜，缩小电子束光斑 第三个：弱透镜，习惯称物镜，有较长的焦距， 使样品和透镜之间留有一定空间以装入 各种信号探测器。 SEM中束斑越小，成像单元越小，分辨率就愈高。
2) 选区电子通道花样： 微区范围 10 -15 um 产生花样的区域1-3mm
电子通道花样的标定
L—末级透镜至晶体表面的距离 M—花样放大倍数 W—荧光屏上某衬度带的宽度
EBSD技术
EBSD技术
EBSD技术相关原理 EBSD应用及数据处理
电子背散射衍射分析技术
基于扫描电镜（SEM）中电子束在倾斜 样品表面激发出并形成的衍射菊池带的 分析从而确定晶体结构、取向及相关信 息的方法。
信号收集处理系统
二次电子，背散射电子，透镜电子等信号都可用闪 烁计数器检测。
信号电子进入闪烁体即引起电离，当离子和自由电子 复合后产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电 倍增器，光信号放大，又转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大后成为调制信号。
真空系统
为保证电子光学系统的正常工作，对真空度有一定要 求。 真空度 > 1.33×10-2～1.33×10-3Pa 冷场发射真空度一般要达到：10-7 Pa
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像 管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线 圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，电子 束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一 个亮点。扫描电镜采用逐点成像的方法，把样品表 面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号， 完成一帧图像，从而在荧光屏上观察到样品表面的 各种特征图像。
基于扫描电镜的电子束曝光系统Raith(课堂PPT)
基于扫描电镜的电子束曝光系统 Raith GmbH Elphy plus
.
1
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
.
2
XL 30 S FEG (a top performing field emission SEM)
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
.
10
二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
Acceleration voltage:200 V 30kV Resolution:1.5nm at >10kV, 2.5nm at 1kV Electron spot ~ 1nm, Resolution ~ 1nm STEM within SEM!! + CL detector
.
3
.
4
电子发射枪
.
50
基片准备和样品分散
.
51
定位和曝光图形设计
.
52
镀膜和剥离
.
53
.
54
.
5
电子透镜原理
.
6
.
7
• Electron gun produces beam of monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam and limits current ("coarse knob").
.
1
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
.
2
XL 30 S FEG (a top performing field emission SEM)
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
.
10
二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
Acceleration voltage:200 V 30kV Resolution:1.5nm at >10kV, 2.5nm at 1kV Electron spot ~ 1nm, Resolution ~ 1nm STEM within SEM!! + CL detector
.
3
.
4
电子发射枪
.
50
基片准备和样品分散
.
51
定位和曝光图形设计
.
52
镀膜和剥离
.
53
.
54
.
5
电子透镜原理
.
6
.
7
• Electron gun produces beam of monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam and limits current ("coarse knob").
扫描电镜的结构、原理及其操作使用ppt课件
四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴 • 放入试样 • 图像调整
四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴
•
调整电子束对中〔合
轴〕的方法有机械式和电磁
式。
• ①机械式是调整合轴螺钉
• ②电磁式那么是调整电磁对 中线圈的电流，以此挪动电
四、扫描电镜的调整
• 放入试样
•
将试样固定在试样
盘上，并进展导电处置，使
试样处于导电形状。将试样
•
样品在入射电子束作
用下会产生各种物理信号，有
二次电子、背散射电子、特征
X射线、阴极荧光和透射电子。
•
不同的物理信号要用
不同类型的检测系统。它大致
二、扫描电镜的构造
常用的检测系统为闪烁计数器，它位于样 品上侧，由闪烁体，光导管和光电倍增器所组 成，如图5所示。
二、扫描电镜的构造
图5 电子检测器
三、扫描电镜的根本原理
二、扫描电镜的构造
构成： 电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫
描线圈等； 机械系统，包括支撑部分、样品室； 真空系统； 样品所产生信号的搜集、处置和显示系统。
二、扫描电镜的构造
图1 Sirion 200 扫描电镜外
观照片
二、扫描电镜的构造
图2 扫描电子显微镜
构造表示图 (a)系统方框图
二、扫描电镜的构造
六、实验报告要求
• 简要阐明扫描的原理及电镜各部分的作用。 • 根据他的了解，举例阐明扫描电镜的运用。 • 根据实验察看的断口特征，简述韧窝断口、
穿晶解理断口、脆性沿晶断口、疲劳断口的 典型形貌特征。
END！
角越小，在试样上扫描面积越小，其放大倍
率M越大。 A(CRT上 扫 描 振 幅 )
扫描电镜的基本工作原理及主要图象方式PPT课件
C.W.Qatley 和McMullan 在剑桥（Cambridge ）制成了第 一台现代的SEM，分辨率达到500Å 。McMullan和后来的 Smith（史密斯）指出经过信号处理，可以改善图象。Smith 还第一次引入了对信号的非线性放大（γ－处理）。他又用电 磁透镜代替了原来的静电透镜。并且以双重偏转扫描改进了原 来的扫描系统。他还在SEM中加入了消象散器。第一台成功的 商品型仪器是在1965年问世的，由英国剑桥科学仪器公司制 成。 1966年日本电子光学公司也制成了扫描电镜.在不到十年 的时间中，美国，英国，法国，荷兰，日本和西德已经制成了 一千多台扫描电镜。
第13页/共85页
图4 电子与物质的相互作用
第14页/共85页
3.成象原理
扫描电镜的成象过程与电视的摄象——显象过程很相似。 来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描 线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束 （实际上也是电子束）做同步扫描，使阴极射束在荧光屏 上的照射点（称为象点）与电子束在样品上的照射点（称 为物点）按时间顺序一一对应，样品上的物点在电子束作 用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大 后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试 样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性 质有关的图象。这是一种按时间顺序逐点成象的方式。前 面提到的电子束与样品相互作用所产生的各种信息都可以 作为调制图象的信号。
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2.二次电子的收集 二次电子常用装在样品室侧面的闪烁体——光电
倍增管检测器检测。入射电子产生的二次电子被加 有+100V至+200V偏压的栅网收集。闪烁体表面有几 十个纳米厚的导电铝膜，在其加上+10KV偏压。穿 过收集栅网的二次电子被加速到闪烁体。具有加速 电子的能量，足以使闪烁体发光，光强度与二次电 子数量成正比。闪烁体发出的光量子通过光导管送 到光电倍增管转换成电压信号，用来调制阴极束。
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图4 电子与物质的相互作用
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3.成象原理
扫描电镜的成象过程与电视的摄象——显象过程很相似。 来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描 线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束 （实际上也是电子束）做同步扫描，使阴极射束在荧光屏 上的照射点（称为象点）与电子束在样品上的照射点（称 为物点）按时间顺序一一对应，样品上的物点在电子束作 用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大 后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试 样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性 质有关的图象。这是一种按时间顺序逐点成象的方式。前 面提到的电子束与样品相互作用所产生的各种信息都可以 作为调制图象的信号。
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2.二次电子的收集 二次电子常用装在样品室侧面的闪烁体——光电
倍增管检测器检测。入射电子产生的二次电子被加 有+100V至+200V偏压的栅网收集。闪烁体表面有几 十个纳米厚的导电铝膜，在其加上+10KV偏压。穿 过收集栅网的二次电子被加速到闪烁体。具有加速 电子的能量，足以使闪烁体发光，光强度与二次电 子数量成正比。闪烁体发出的光量子通过光导管送 到光电倍增管转换成电压信号，用来调制阴极束。
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L－edit AutoCAD 等等
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19
增 加 图 层
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选 定 图 层
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选 定 图 层
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显 示 绘 图 格 点
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改 变 绘 图 格 点 间 距
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选 用 画 笔
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28
曝光图形设计注意事项
• 最小尺寸：线宽、间距（考虑临近效应） • 对准标记要适合（多用十字） • 需要曝光的图形要远离对准标记 • 两层之间的对准要留容错 • 注意曝光的顺序 • 注意图形交叠，特别是场拼接处的图形
基于扫描电镜的电子束曝光系统 Raith GmbH Elphy plus
.
1
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
.
2
XL 30 S FEG (a top performing field emission SEM)
• Detector counts electrons at given location and displays intensity.
• Process repeated until scan
is finished (usu. 30
frames/sec).
Байду номын сангаас
.
9
电子相互作用
Incident e– Backscattered e–
.
8
beam.
• Beam "scanned" by deflection coils to form image.
• Final objective lens focuses beam onto specimen.
• Beam interacts with sample and outgoing electrons are detected.
escape
• Caused by incident electron passing "near" sample atom and ionizing an electron (inelastic process).
• Ionized electron leaves sample with very small kinetic energy (5eV) and is called "secondary electron". (Each incident electron can produce several secondary electrons.)
.
29
λ
d
Δ
Δ
.
30
.
31
曝光中的主要操作—对准
S SiO2
n-Si
CNT Gate
Acceleration voltage:200 V 30kV Resolution:1.5nm at >10kV, 2.5nm at 1kV Electron spot ~ 1nm, Resolution ~ 1nm STEM within SEM!! + CL detector
.
3
.
4
电子发射枪
.
图形发生器
Beam blanker
14
Beam blanking
.
15
Faraday圆筒——测电流
.
16
工作方式 －高斯束、矢量扫描、固定工作台
.
17
Elphy plus主控制界面
.
18
曝光图形的制作
曝光之前，必须先知道曝什么！
图形格式：.CSF或者.GDS 常用软件：elphy plus －GDSII database
• Second condenser lens forms thinner, coherent beam ("fine knob" ).
• Objective aperture (usu. user-
selectable) further eliminates
high-angle electrons from
.
5
电子透镜原理
.
6
.
7
• Electron gun produces beam of monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam and limits current ("coarse knob").
• Condenser aperture eliminates high-angle electrons.
• Production of secondary electrons is topography related.
.
11
Only secondaries near surface (<10 nm) exit sample.
如何生成二次电子像
• Secondary electrons are generated by the interaction of the incident electron beam and the sample. The secondary electrons emerge at all angles. These electrons gathered by electrostatically attracting them to the detector. Knowing both the intensity of secondary electrons emitted and position of the beam, an image is constructed electronically.
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
.
10
二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
incident e- beam
beam location
emitted e-
secondary edetector
signal intensity
~.+12,000 V
12
Raith电子束曝光系统
曝光精度 < 30 nm ,
器件套刻精度~ 50. nm
13
控制系统界面
Beam blanker Amplifier
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增 加 图 层
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曝光图形设计注意事项
• 最小尺寸：线宽、间距（考虑临近效应） • 对准标记要适合（多用十字） • 需要曝光的图形要远离对准标记 • 两层之间的对准要留容错 • 注意曝光的顺序 • 注意图形交叠，特别是场拼接处的图形
基于扫描电镜的电子束曝光系统 Raith GmbH Elphy plus
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1
主要内容
• 扫描电子显微镜介绍 • Raith电子束曝光系统 • 电子束曝光图形制作 • 曝光参数 • 对准操作 • 纳米器件制作的主要步骤
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XL 30 S FEG (a top performing field emission SEM)
• Detector counts electrons at given location and displays intensity.
• Process repeated until scan
is finished (usu. 30
frames/sec).
Байду номын сангаас
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电子相互作用
Incident e– Backscattered e–
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beam.
• Beam "scanned" by deflection coils to form image.
• Final objective lens focuses beam onto specimen.
• Beam interacts with sample and outgoing electrons are detected.
escape
• Caused by incident electron passing "near" sample atom and ionizing an electron (inelastic process).
• Ionized electron leaves sample with very small kinetic energy (5eV) and is called "secondary electron". (Each incident electron can produce several secondary electrons.)
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λ
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曝光中的主要操作—对准
S SiO2
n-Si
CNT Gate
Acceleration voltage:200 V 30kV Resolution:1.5nm at >10kV, 2.5nm at 1kV Electron spot ~ 1nm, Resolution ~ 1nm STEM within SEM!! + CL detector
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电子发射枪
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图形发生器
Beam blanker
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Beam blanking
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Faraday圆筒——测电流
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工作方式 －高斯束、矢量扫描、固定工作台
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Elphy plus主控制界面
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曝光图形的制作
曝光之前，必须先知道曝什么！
图形格式：.CSF或者.GDS 常用软件：elphy plus －GDSII database
• Second condenser lens forms thinner, coherent beam ("fine knob" ).
• Objective aperture (usu. user-
selectable) further eliminates
high-angle electrons from
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5
电子透镜原理
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• Electron gun produces beam of monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam and limits current ("coarse knob").
• Condenser aperture eliminates high-angle electrons.
• Production of secondary electrons is topography related.
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11
Only secondaries near surface (<10 nm) exit sample.
如何生成二次电子像
• Secondary electrons are generated by the interaction of the incident electron beam and the sample. The secondary electrons emerge at all angles. These electrons gathered by electrostatically attracting them to the detector. Knowing both the intensity of secondary electrons emitted and position of the beam, an image is constructed electronically.
X-rays Auger e–
Cathodaluminescence Secondary e–
Inelastically Scattered e–
Elastically Scattered e–
Unscattered e–
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二次电子的形成
MORE secondary e–
escape
FEWER secondary e–
incident e- beam
beam location
emitted e-
secondary edetector
signal intensity
~.+12,000 V
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Raith电子束曝光系统
曝光精度 < 30 nm ,
器件套刻精度~ 50. nm
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控制系统界面
Beam blanker Amplifier