掃描電鏡工作原理

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1、課程名稱：掃描電子顯微鏡學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹中國地質(zhì)大學(xué)（北京）課程結(jié)業(yè)報(bào)告《掃描電子顯微鏡》學(xué)院：珠寶學(xué)院專業(yè)：寶石學(xué)學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹日期：2011年11月3日聯(lián)系電話：188105515537課程名稱：掃描電子顯微鏡學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹掃描電子顯微鏡讀書報(bào)告一、掃描電鏡的工作原理掃描電鏡是對(duì)樣品表面形態(tài)進(jìn)行測試的一種大型儀器。當(dāng)具有一定能量的入射電子束轟擊樣品表面時(shí)，電子與元素的原子核及外層電子發(fā)生單次或多次彈性與非彈性碰撞，一些電子被反射出樣品表面，而其余的電子則滲入

2、樣品中，逐漸失去其動(dòng)能，最后停止運(yùn)動(dòng)，并被樣品吸收。在此過程中有99%以上的入射電子能量轉(zhuǎn)變成樣品熱能，而其余約1%的入射電子能量從樣品中激發(fā)出各種信號(hào)。如圖1所示，這些信號(hào)主要包括二次電子、背散射電子、吸收電子、透射電子、俄歇電子、電子電動(dòng)勢、陰極發(fā)光、X射線等。掃描電鏡設(shè)備就是通過這些信號(hào)得到訊息，從而對(duì)樣品進(jìn)行分析的。圖1入射電子束轟擊樣品產(chǎn)生的信息示意圖從結(jié)構(gòu)上看，如圖2所示，掃描電鏡主要由七大系統(tǒng)組成，即電子光學(xué)系統(tǒng)、探測、信號(hào)處理、顯示系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、樣品室、真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)。7課程名稱：掃描

3、電子顯微鏡學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹圖2掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)圖由圖3我們可以看出，從燈絲發(fā)射出來的熱電子，受2-30KV電壓加速，經(jīng)兩個(gè)聚光鏡和一個(gè)物鏡聚焦后，形成一個(gè)具有一定能量，強(qiáng)度和斑點(diǎn)直徑的入射電子束，在掃描線圈產(chǎn)生的磁場作用下，入射電子束按一定時(shí)間、空間順序做光柵式掃描。由于入射電子與樣品之間的相互作用，從樣品中激發(fā)出的二次電子通過收集極的收集，可將向各個(gè)方向發(fā)射的二次電子收集起來。這些二次電子經(jīng)加速并射到閃爍體上，使二次電子信息轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，經(jīng)過光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管，使光信號(hào)再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)又經(jīng)視頻

4、放大器放大，并將其輸入到顯像管的柵極中，調(diào)制熒光屏的亮度，在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)與試樣上一一對(duì)應(yīng)的相同圖像。入射電子束在樣品表面上掃描時(shí)，因二次電子發(fā)射量隨樣品表面起伏程度（形貌）變化而變化。故視頻放大器放大的二次電子信號(hào)是一個(gè)交流信號(hào)，用這個(gè)交流信號(hào)調(diào)制顯像管柵極電，其結(jié)果在顯像管熒光屏上呈現(xiàn)的是一幅亮暗程度不同的，并反映樣品表面起伏程度（形貌）的二次電子像。應(yīng)該特別指出的是：入射電子束在樣品表面上掃描和在熒光屏上的掃描必須是“同步”7課程名稱：掃描電子顯微鏡學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹，即必須用同一個(gè)掃描發(fā)生器來控制，這

5、樣就能保證樣品上任一“物點(diǎn)”樣品A點(diǎn)，在顯像管熒光屏上的電子束恰好在A’點(diǎn)即“物點(diǎn)”A與“像點(diǎn)”A’在時(shí)間上和空間上一一對(duì)應(yīng)。通常稱“像點(diǎn)”A’為圖像單元。顯然，一幅圖像是由很多圖像單元構(gòu)成的。掃描電鏡除能檢測二次電子圖像以外，還能檢測背散射電子、透射電子、特征x射線、陰極發(fā)光等信號(hào)圖像。其成像原理與二次電子像相同。在進(jìn)行掃描電鏡觀察前，要對(duì)樣品作相應(yīng)的處理。掃描電鏡樣品制備的主要要求是：盡可能使樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好，沒有變形和污染，樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。圖3掃描電子顯微鏡成像原理圖二、掃描電鏡及配套設(shè)備的用途（一）掃描電鏡

6、的用途通過樣品中的電子激發(fā)出的各種信號(hào)，掃描電鏡可以做出電子圖像分析，如可利用二次電子進(jìn)行樣品表面形貌及結(jié)構(gòu)分析的分析；以兩片探測器信號(hào)做積分運(yùn)算，通過背散射電子可以分析樣品表面成分像，以兩片探測器信號(hào)做微分運(yùn)算時(shí)，則可用于樣品表面形貌像德分析；此外，通過透射電子則可對(duì)析晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及晶格信息進(jìn)行分析。掃描電鏡的用途很廣，除了能做電子圖像分析以外，配上其它一些配套設(shè)備，還可做顯微化學(xué)成份分析，顯微晶體結(jié)構(gòu)分析，顯微陰極發(fā)光圖像分析，這更加擴(kuò)大的掃描電鏡的廣泛應(yīng)用度。常見的掃描電鏡配套設(shè)備主要有：x射線波譜儀、x射線能譜儀、結(jié)晶學(xué)

7、分析儀、陰極發(fā)光圖像分析儀等。7課程名稱：掃描電子顯微鏡學(xué)號(hào)：2009110039姓名：代會(huì)茹（二）配套設(shè)備及其用途1、X射線波譜儀（WDS）：具有一定能量、聚焦很細(xì)的電子束轟擊樣品時(shí)，樣品受轟擊微區(qū)內(nèi)的物質(zhì)會(huì)發(fā)射出多種電子信息、x射線。不同元素發(fā)射出的特征x射線在波長、能量方面是各異的。波譜儀利用分光晶體對(duì)特征x射線產(chǎn)生的衍射效應(yīng)，可分別測出特征x射線的波長，從而確定原子序數(shù)，即確定受擊發(fā)微區(qū)內(nèi)所含有的化學(xué)元素種類。若把所含元素在一定時(shí)間內(nèi)所發(fā)射出來的特征X射線強(qiáng)度累加起來再與標(biāo)準(zhǔn)樣品在相同時(shí)間內(nèi)所發(fā)射出來的特征X射線的強(qiáng)度作對(duì)

8、比，排除干擾因素，就可得出每種元素的百分比重量。這就是X射線波譜儀的定性，定量分析。X射線波譜儀的分析項(xiàng)目：（1）點(diǎn)分析：通過對(duì)點(diǎn)進(jìn)行定性分析，可以獲知所含元素的種類；通過對(duì)點(diǎn)進(jìn)行定量分析，則可得出所含元素的種類及其重量百分值。（2）線分析：通常以