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扫描电子显微分析
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
1．扫描电子显微镜的工作原理及特点 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描
成像。试样为块状或粉末颗粒，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。
（4）具有相当的分辨率，一般为3～6nm，最高 可达2nm。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
（5）可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的 质量。如通过γ调制可改善图像反差的宽容度，使图 像各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图像选择 器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不 同形式的图像。
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•形貌衬度
是由于试样表面 形貌差异而形成的 衬度。利用对试样 表面形貌变化敏感 的物理信号如二次 电子、背散射电子 等作为显象管的调 制信号，可以得到 形貌衬度像。二次 电子像的衬度是最 典型的形貌衬度。
•原子序数衬度
原子序数衬度是由于 试样表面物质原子序数 （或化学成分）差别而 形成的衬度。利用对试 样表面原子序数（或化 学成分）变化敏感的物 理信号作为显像管的调 制信号，可以得到原子 序数衬度图像。背散射 电子像、吸收电子像的 衬度，都包含有原子序 数衬度，而特征X射线像 的衬度是原子序数衬度。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
从上述的背散射电子特点可知，背散射电子发 射系数和试样表面倾角以及试样的原子序数二者有 关，背散射电子信号中包含了试样表面形貌和原子 序数信息，像的衬度既有形貌衬度，也有原子序数 衬度，因此，可利用背散射电子像来研究样品表面 形貌和成分分布。
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
1、扫描电镜像的衬度 扫描电镜图象的衬度是信号衬度，它可定义为：
C i2 i1 i2
根据形成的依据，扫描电镜的衬度可分为形貌衬度、 原子序数衬度和电压衬度。
3.5 扫描电子显微分析
得清晰图像的深度范围。当一束微细的电子束照射在表 面粗糙的试样上时，由于电子束有一定发散度，发散半 角为β，除了焦平面处，电子束将展宽，设可获得清晰 图像的束斑直径为d，由图中几何关系可得：
DLeabharlann Baidud d
tg
若d的大小相当于荧光屏上能
区分的最小距离时，即dM 0.2mm，则
D 0.2
M
3.5 扫描电子显微分析
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
背散射电子能量大，运动方向基本上不受弱电场的 影响，沿直线前进。在用单个电子探测器探测时，只 能探测到面向探测器的表面发射的背散射电子，如图2 －78a，所成的像具有较重的阴影效应，使表面形貌 不能得到充分显示（图2－79）。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
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。
（6）可进行多种功能的分析。与X射线谱仪配接， 可在观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显 微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行 阴极荧光光谱分析等。
（7）可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试 验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
扫描电镜具有以下的特点： （1）可以观察直径为0～30mm的大块试样，制
样方法简单。 （2）场深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙
表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、 易于识别和解释。
（3）放大倍数变化范围大，一般为15～200000 倍，最大可达10～300000倍，对于多相、多组成的 非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
2、扫描电镜的主要 结构
电子光学系统 电子枪 聚光镜（第一、 第二聚光镜和物
镜） 物镜光阑
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
扫描系统 扫描信号发生器 扫描放大控制器 扫描偏转线圈
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
信号探测放大系统 用闪烁体计数系统探测二次电子、背散射电子等电
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•当试样表面倾角增大时，作用体积改 变，且显著增加发射系数。 •背散射电子在试样上方有一定的角分 布。垂直入射时为余弦分布： η(φ)=η0cosφ
当试样表面倾角增大时，由于电子 有向前散射的倾向，峰值前移。因 此电子探测器必须放在适当的位置 才能探测到较高强度的电子信号。
子信号。闪烁体上加10kV高压 •探测二次电子，栅网加+250V •探测背散射电子，栅网加-50V
图象显示和记录系统：显象管、照相机等 真空系统：真空度高于10-4 Torr 电源系统
3、扫描电镜主要指标 •放大倍数: M=L/l •分辨本领
5.5 扫描电子显微分析
5.5.1扫描电子显微镜
4．扫描电镜的场深 扫描电镜的场深是指电子束在试样上扫描时，可获
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•电压衬度 电压衬度是由于试样表面电位差别而形成的衬度。
利用对试样表面电位状态敏感的信号，如二次电子， 作为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。
2、背散射电子像 背散射电子是由样品反射出来的初次电子，其主
要特点是： •能量很高，有相当部分接近入射电子能量E0，在试 样中产生的范围大，像的分辨率低。 •背散射电子发射系数η=IB/I0随原子序数增大而增 大（图2-75）。 •作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变 化不大（图2-75）。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
1．扫描电子显微镜的工作原理及特点 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描
成像。试样为块状或粉末颗粒，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。
（4）具有相当的分辨率，一般为3～6nm，最高 可达2nm。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
（5）可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的 质量。如通过γ调制可改善图像反差的宽容度，使图 像各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图像选择 器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不 同形式的图像。
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•形貌衬度
是由于试样表面 形貌差异而形成的 衬度。利用对试样 表面形貌变化敏感 的物理信号如二次 电子、背散射电子 等作为显象管的调 制信号，可以得到 形貌衬度像。二次 电子像的衬度是最 典型的形貌衬度。
•原子序数衬度
原子序数衬度是由于 试样表面物质原子序数 （或化学成分）差别而 形成的衬度。利用对试 样表面原子序数（或化 学成分）变化敏感的物 理信号作为显像管的调 制信号，可以得到原子 序数衬度图像。背散射 电子像、吸收电子像的 衬度，都包含有原子序 数衬度，而特征X射线像 的衬度是原子序数衬度。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
从上述的背散射电子特点可知，背散射电子发 射系数和试样表面倾角以及试样的原子序数二者有 关，背散射电子信号中包含了试样表面形貌和原子 序数信息，像的衬度既有形貌衬度，也有原子序数 衬度，因此，可利用背散射电子像来研究样品表面 形貌和成分分布。
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
1、扫描电镜像的衬度 扫描电镜图象的衬度是信号衬度，它可定义为：
C i2 i1 i2
根据形成的依据，扫描电镜的衬度可分为形貌衬度、 原子序数衬度和电压衬度。
3.5 扫描电子显微分析
得清晰图像的深度范围。当一束微细的电子束照射在表 面粗糙的试样上时，由于电子束有一定发散度，发散半 角为β，除了焦平面处，电子束将展宽，设可获得清晰 图像的束斑直径为d，由图中几何关系可得：
DLeabharlann Baidud d
tg
若d的大小相当于荧光屏上能
区分的最小距离时，即dM 0.2mm，则
D 0.2
M
3.5 扫描电子显微分析
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
背散射电子能量大，运动方向基本上不受弱电场的 影响，沿直线前进。在用单个电子探测器探测时，只 能探测到面向探测器的表面发射的背散射电子，如图2 －78a，所成的像具有较重的阴影效应，使表面形貌 不能得到充分显示（图2－79）。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
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。
（6）可进行多种功能的分析。与X射线谱仪配接， 可在观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显 微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行 阴极荧光光谱分析等。
（7）可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试 验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
扫描电镜具有以下的特点： （1）可以观察直径为0～30mm的大块试样，制
样方法简单。 （2）场深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙
表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、 易于识别和解释。
（3）放大倍数变化范围大，一般为15～200000 倍，最大可达10～300000倍，对于多相、多组成的 非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
2、扫描电镜的主要 结构
电子光学系统 电子枪 聚光镜（第一、 第二聚光镜和物
镜） 物镜光阑
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
扫描系统 扫描信号发生器 扫描放大控制器 扫描偏转线圈
3.5 扫描电子显微分析
3.5.1扫描电子显微镜
信号探测放大系统 用闪烁体计数系统探测二次电子、背散射电子等电
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•当试样表面倾角增大时，作用体积改 变，且显著增加发射系数。 •背散射电子在试样上方有一定的角分 布。垂直入射时为余弦分布： η(φ)=η0cosφ
当试样表面倾角增大时，由于电子 有向前散射的倾向，峰值前移。因 此电子探测器必须放在适当的位置 才能探测到较高强度的电子信号。
子信号。闪烁体上加10kV高压 •探测二次电子，栅网加+250V •探测背散射电子，栅网加-50V
图象显示和记录系统：显象管、照相机等 真空系统：真空度高于10-4 Torr 电源系统
3、扫描电镜主要指标 •放大倍数: M=L/l •分辨本领
5.5 扫描电子显微分析
5.5.1扫描电子显微镜
4．扫描电镜的场深 扫描电镜的场深是指电子束在试样上扫描时，可获
3.5 扫描电子显微分析
3.5.2 扫描电镜图象及其衬度
•电压衬度 电压衬度是由于试样表面电位差别而形成的衬度。
利用对试样表面电位状态敏感的信号，如二次电子， 作为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。
2、背散射电子像 背散射电子是由样品反射出来的初次电子，其主
要特点是： •能量很高，有相当部分接近入射电子能量E0，在试 样中产生的范围大，像的分辨率低。 •背散射电子发射系数η=IB/I0随原子序数增大而增 大（图2-75）。 •作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变 化不大（图2-75）。