掃描電鏡SEM簡介-PPT版

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1、掃描電鏡SEM簡介掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡，簡稱為掃描電鏡，英文縮寫為SEM(ScanningElectronMicroscope)。它是用細聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過電子與樣品相互作用產生的二次電子、背散射電子等對樣品表面或斷口形貌進行觀察和分析?，F(xiàn)在SEM都與能譜（EDS）組合，可以進行成分分析。所以，SEM也是顯微結構分析的主要儀器，已廣泛用于材料、冶金、礦物、生物學等領域。掃描電子顯微鏡主要內容?SEM的產生?電子束與固體的相互作用?SEM的結構與工作原理?SEM的襯度與成像?SEM的特性與優(yōu)點?SEM的樣品制備?應用舉例光學顯微鏡的極限?SEM的產生電子束作為光

2、源?根據(jù)德布羅意公式：?考慮相對論效應V=10KV→λ=0.0122nm?金屬線圈對電子流折射聚焦：?電場和磁場可以作為電子束的透鏡，進行折射和聚焦。SEM的產生SEM的產生過程?1924年，德布羅意(DeBroglie）提出物質波的概念;?1926年，德國的Garbor和Busch發(fā)現(xiàn)用鐵殼封閉的線圈形成軸對稱磁場可以使電子流折射聚焦;?1935年，德國的Knoll提出現(xiàn)代SEM的概念;?1965年，英國劍橋儀器公司生產出第一臺商用SEM;?1968年，Knoll研制出場發(fā)射電子槍；?1975年，中國科學院北京科學儀器廠生產了我國第一臺SEM，分辨率為10nm。SEM的產生Ma

3、xKnoll(1897-1969)1935年提出掃描電鏡的設計思想和工作原理。1965年，劍橋儀器公司制造出世界第一臺商用掃描電鏡。SEM的產生電子束與固體的相互作用一束細聚焦的電子束轟擊試樣表面時，入射電子束與試樣的原子核和核外電子將產生彈性或非彈性散射作用，并激發(fā)出反映試樣形貌、結構和組成的各種信息。包括：二次電子、背散射電子、特征X射線、俄歇電子、吸收電子、透射電子、陰極熒光等。電子束與固體的相互作用二次電子?二次電子是指在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的樣品的核外層電子。入射高壓電子束?二次電子的能量較低，一般都不超過50ev。大多數(shù)二次電子只帶有幾俄歇電子背散

4、射電子個電子伏的能量。二次電子陰極熒光?二次電子一般都是在表層5-10nm深X射線度范圍內發(fā)射出來的，它對樣品的表面形貌十分敏感，因此，能非常樣品吸收電子有效地顯示樣品的表面形貌。透射電子?它的產額與原子序數(shù)Z沒有明顯關系，不能進行成分分析。電子束與固體的相互作用背散射電子?背散射電子是固體樣品中原子核“反射”回來的一部分入射電子，分彈性散射電子和非彈性散射電子。入射高壓電子束?背散射電子的產生深度100nm~1μm俄歇電子背散射電子?背散射電子的產額隨原子序數(shù)Z的增二次電子加而增加，I∝Z2/3~3/4陰極熒光X射線?利用背散射電子作為成像信號不僅能樣品吸收電子分析形貌特征，還

5、可以作為原子序數(shù)程度，進行定性成分分析。透射電子電子束與固體的相互作用X射線?入射高壓電子束背散射電子俄歇電子二次電子陰極熒光X射線樣品吸收電子透射電子電子束與固體的相互作用俄歇電子?如果在原子內層電子能級躍遷過程中釋放出來的能量并不以X射線的形式發(fā)射出去，而是用這部分能量把空位層內的另—個電子發(fā)射出去，這個被入射高壓電子束電離出來的電子稱為俄歇電子。俄歇電子背散射電子?俄歇電子能量各有特征值(殼層)，能二次電子量很低，一般為50-1500eV。陰極熒光X射線?俄歇電子的平均白由程很小(~1nm)。只有在距離表面層1nm左右范圍內(即樣品吸收電子幾個原子層厚度)逸出的俄歇電子才具

6、備特征能量，俄歇電子產生的幾率透射電子隨原子序數(shù)增加而減少，因此，特別適合作表層輕元素成分分析。電子束與固體的相互作用其它信息?入射電子進人樣品后，經多次非彈性散射能量損失殆盡,最后被樣品吸收，即吸收電子。入射高壓電子束?如果被分析的樣品很薄．那么俄歇電子背散射電子就會有一部分入射電子穿過薄二次電子樣品而成為透射電子。陰極熒光X射線?半導體樣品在入射電子的照射樣品吸收電子下，產生電子-空穴對。當電子與空穴發(fā)生復合時，會發(fā)射光透射電子子，叫做陰極熒光。電子束與固體的相互作用各種信號的作用深度和廣度?可以產生信號的區(qū)域稱為有效作用區(qū)，有效作用區(qū)的最深處為電子有效作用深度。?在有效作用

7、區(qū)內的信號并不一定都能逸出材料表面、成為有效的可供采集的信號。這是因為各種信號的能量不同，樣品對不同信號的吸收和散射也不同。?隨著信號的有效作用深度增加，作用區(qū)的范圍增加，信號產生的空間范圍也增加，這對于信號的空間分辨率是不利的。電子束的滴狀作用體積示意圖電子束與固體的相互作用各種信號的空間分辨率二次電子：5~10nm=>形貌分析背散射電子：50~200nm吸收電子：100~1000nm成分特征X射線：100~1000nm分析俄歇電子：0.5~2nm電子束的滴狀作用體積示意圖電子