扫描电镜 ppt课件
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1kv - 30kv
优于14nm
20x-130,000x 5kv-15kv（连续 可调）（连续可
调）
光源
自动控制，钨丝阴极，预 对中灯丝
CeB6
KYKY-2800B 4.5nm
15X-250,000X 0.1kV-30kV
钨灯丝
真空系统
机械泵+涡轮分子泵+涡轮 分子泵
隔膜泵
机械泵++压缩机
价格
50-100万
分辨率 放大倍数
加速电压
1.0 nm 6x–1,000,000x
200 V - 30 kV
2.0 nm
3.0nm
5x-100,000x 5x-300,000x
200v-30kv （连续可调） 0.3kv-30kv （连续可调）
3.0nm 5x~300,000x
0.3kV-30kV
光源
发夹式钨灯丝四级电 子枪单元
扫描电镜
扫描电镜简单介绍
目录
SEM的操作 SEM的相关对比
SEM的应用举例
一、SEM的操作
1、参数概念 2、操作流程
1、参数概念
分辨率
SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，电子 束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺 寸。相同条件下，电子束直径越小，越得到好的 分辨效果 。
放大倍数
在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在 镜筒中电子束针在试样上最大扫描距离的比值。
FEI Quanta650
FEG
应用领域
用于纳米 材料精细 形貌的观
察Fra Baidu bibliotek
用于物 适用于 理、导 纳米材 体、半 料精细 导体等 形貌的 领域 观察
3、电压高，分辨率高，但是要综合考虑电子 束损伤、边缘效应
2、操作流程
SEM
扫
的描
基 本
电 镜 原
原理
理示
意
图
二次电子
背散射电子
如果入射电子撞击样品表面原子5-10nm的外 层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次 电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越 障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能 清晰成像。
有效放大倍数M有效
M有效＝人眼分辨率/SEM分辨率
工作距离
从物镜到样品最高点的垂直距离。 如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下 获得更大的场深。 如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况 下获得更高的分辨率。 通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。
像的衬度
表面形貌衬度
原子序数衬度
像的衬度：像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。
二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜 (SEM)的成像。
当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次 电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)
背散射电子是发射电子被样品弹性碰撞弹 回来的,所以原子序数大的原子越大,弹性碰撞 的概率越大,所以原子序数大的背散射电子强 度的大；二次电子是从样品表面发射的电子, 跟原子序数没关系,跟样品的表面形态有关,因 为撞击角度90度是二次电子基本么有,倾斜装 机的二次电子产率就很高了,所以二次电子像 是跟样品观察角度有关的。
3） SEM样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。
2、同类产品对比：
美.FEI 德.ZEISS 日.HITACHI 日.JEOL
韩.COXEM 荷.PHENOM 中.KYKY
四种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
FEI-Quanta600
EVO-MA15
HITACHI SU1510
JEOLJSMIT300
焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚
焦。
F＝
d 2a
△F——焦深； d ——电子束直径； 2a——物镜的孔径角
高低电压应用时优缺点比较
高电压（10 kV以上）
优点
分辨率高
缺点
电子束能量高，穿透样品较深， 得到的不是样品真实的表面信息； 对于不耐电子束的样品如有机材 料损伤较大；对于导电性不好的 样品，表面积累电荷造成荷电和 样品漂移，严重影响观察。
钨灯丝 LaB6
预对中钨灯丝
钨灯丝
真空系统 涡轮分子泵
机械泵+涡轮 涡轮分子泵 分子泵+涡轮 隔膜泵+转子泵
分子泵
价格
25万美金以上 20万美金以上 100-150万
三种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
COXEM-EM-30
Phenom ProX
分辨率 放大倍数
加速电压
8.0nm @30KV SE 20x - 100,000x
美国
日本
日本
日本
美国
型号
AMRAY 1910FE
FEI Quanta2 00FEG
FEI Nov,aNanoSEM
430
S-4800
Hitachi S-4800
JEOL JSM5600LV
FEI
FEI
JEOL
XL30SFEG Quanta600 JSM-7500F
Hitachi S-4800II
JEOL JSM-6610
光栅扫描
光栅扫描显示器显示图形时，电子束依照固定的 扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光 屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫 到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固 定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完 成了整个屏幕的扫描。
焦深
SEM的焦深是较好光学显微镑的300－600倍。
50-100万
80万
2、国内高校应用：
北京大学
名称
场发射扫 描电镜
环境扫 描电镜
场发射 扫描电
镜
场发射扫 冷场发射 描电镜 扫描电镜
扫描电镜
场发射扫 场发射环境 场发射扫描 高分辨冷场 描电镜 扫描电镜 电镜 扫描电镜
扫描电子 显微镜
热场发射 扫描电镜
制造商国别 美国 美国 美国 日本 日本 日本 美国
二次电子像的分辨率高、景深大，为什么？
二次电子运动轨迹
背散射电子运动轨迹
14
二、SEM的相关对比
1、SEM原理与TEM的比较 2、同类仪器的比较
1、SEM原理与TEM的主要区别：
1） 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的：在扫描线圈产 生的电磁场的作用下，细聚焦电子束在样品表面扫描。
2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比TEM低；在SEM 中加速电压一般在200V 到50 kV范围内。
低电压(1kV以下)
分辨率低，所以要求电镜的枪有
可以有效地减少对样品的损伤和 足够的亮度以及观察时要减小工
荷电效应，对于不导电的样品可 作距离，甚至把样品升到物镜下
以直接观察
极靴面，使物镜激励增强，焦距
变短，像差减小，以提高分辨率
注意
1、观测容易受到热损伤的试样采用低压，缩 短照射时间，凃导电层
2、对于凹凸不平的样品，会存在边缘效应，降 低电压可以抑制入射电子束进入边缘内部
优于14nm
20x-130,000x 5kv-15kv（连续 可调）（连续可
调）
光源
自动控制，钨丝阴极，预 对中灯丝
CeB6
KYKY-2800B 4.5nm
15X-250,000X 0.1kV-30kV
钨灯丝
真空系统
机械泵+涡轮分子泵+涡轮 分子泵
隔膜泵
机械泵++压缩机
价格
50-100万
分辨率 放大倍数
加速电压
1.0 nm 6x–1,000,000x
200 V - 30 kV
2.0 nm
3.0nm
5x-100,000x 5x-300,000x
200v-30kv （连续可调） 0.3kv-30kv （连续可调）
3.0nm 5x~300,000x
0.3kV-30kV
光源
发夹式钨灯丝四级电 子枪单元
扫描电镜
扫描电镜简单介绍
目录
SEM的操作 SEM的相关对比
SEM的应用举例
一、SEM的操作
1、参数概念 2、操作流程
1、参数概念
分辨率
SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，电子 束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺 寸。相同条件下，电子束直径越小，越得到好的 分辨效果 。
放大倍数
在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在 镜筒中电子束针在试样上最大扫描距离的比值。
FEI Quanta650
FEG
应用领域
用于纳米 材料精细 形貌的观
察Fra Baidu bibliotek
用于物 适用于 理、导 纳米材 体、半 料精细 导体等 形貌的 领域 观察
3、电压高，分辨率高，但是要综合考虑电子 束损伤、边缘效应
2、操作流程
SEM
扫
的描
基 本
电 镜 原
原理
理示
意
图
二次电子
背散射电子
如果入射电子撞击样品表面原子5-10nm的外 层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次 电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越 障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能 清晰成像。
有效放大倍数M有效
M有效＝人眼分辨率/SEM分辨率
工作距离
从物镜到样品最高点的垂直距离。 如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下 获得更大的场深。 如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况 下获得更高的分辨率。 通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。
像的衬度
表面形貌衬度
原子序数衬度
像的衬度：像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。
二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜 (SEM)的成像。
当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次 电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)
背散射电子是发射电子被样品弹性碰撞弹 回来的,所以原子序数大的原子越大,弹性碰撞 的概率越大,所以原子序数大的背散射电子强 度的大；二次电子是从样品表面发射的电子, 跟原子序数没关系,跟样品的表面形态有关,因 为撞击角度90度是二次电子基本么有,倾斜装 机的二次电子产率就很高了,所以二次电子像 是跟样品观察角度有关的。
3） SEM样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。
2、同类产品对比：
美.FEI 德.ZEISS 日.HITACHI 日.JEOL
韩.COXEM 荷.PHENOM 中.KYKY
四种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
FEI-Quanta600
EVO-MA15
HITACHI SU1510
JEOLJSMIT300
焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚
焦。
F＝
d 2a
△F——焦深； d ——电子束直径； 2a——物镜的孔径角
高低电压应用时优缺点比较
高电压（10 kV以上）
优点
分辨率高
缺点
电子束能量高，穿透样品较深， 得到的不是样品真实的表面信息； 对于不耐电子束的样品如有机材 料损伤较大；对于导电性不好的 样品，表面积累电荷造成荷电和 样品漂移，严重影响观察。
钨灯丝 LaB6
预对中钨灯丝
钨灯丝
真空系统 涡轮分子泵
机械泵+涡轮 涡轮分子泵 分子泵+涡轮 隔膜泵+转子泵
分子泵
价格
25万美金以上 20万美金以上 100-150万
三种扫描电镜主要参数比较
电镜型号 参数
COXEM-EM-30
Phenom ProX
分辨率 放大倍数
加速电压
8.0nm @30KV SE 20x - 100,000x
美国
日本
日本
日本
美国
型号
AMRAY 1910FE
FEI Quanta2 00FEG
FEI Nov,aNanoSEM
430
S-4800
Hitachi S-4800
JEOL JSM5600LV
FEI
FEI
JEOL
XL30SFEG Quanta600 JSM-7500F
Hitachi S-4800II
JEOL JSM-6610
光栅扫描
光栅扫描显示器显示图形时，电子束依照固定的 扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光 屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫 到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固 定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完 成了整个屏幕的扫描。
焦深
SEM的焦深是较好光学显微镑的300－600倍。
50-100万
80万
2、国内高校应用：
北京大学
名称
场发射扫 描电镜
环境扫 描电镜
场发射 扫描电
镜
场发射扫 冷场发射 描电镜 扫描电镜
扫描电镜
场发射扫 场发射环境 场发射扫描 高分辨冷场 描电镜 扫描电镜 电镜 扫描电镜
扫描电子 显微镜
热场发射 扫描电镜
制造商国别 美国 美国 美国 日本 日本 日本 美国
二次电子像的分辨率高、景深大，为什么？
二次电子运动轨迹
背散射电子运动轨迹
14
二、SEM的相关对比
1、SEM原理与TEM的比较 2、同类仪器的比较
1、SEM原理与TEM的主要区别：
1） 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的：在扫描线圈产 生的电磁场的作用下，细聚焦电子束在样品表面扫描。
2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比TEM低；在SEM 中加速电压一般在200V 到50 kV范围内。
低电压(1kV以下)
分辨率低，所以要求电镜的枪有
可以有效地减少对样品的损伤和 足够的亮度以及观察时要减小工
荷电效应，对于不导电的样品可 作距离，甚至把样品升到物镜下
以直接观察
极靴面，使物镜激励增强，焦距
变短，像差减小，以提高分辨率
注意
1、观测容易受到热损伤的试样采用低压，缩 短照射时间，凃导电层
2、对于凹凸不平的样品，会存在边缘效应，降 低电压可以抑制入射电子束进入边缘内部