掃描電鏡SEM簡(jiǎn)介-PPT版

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1、掃描電鏡SEM簡(jiǎn)介掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡，簡(jiǎn)稱為掃描電鏡，英文縮寫(xiě)為SEM(ScanningElectronMicroscope)。它是用細(xì)聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過(guò)電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等對(duì)樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析?，F(xiàn)在SEM都與能譜（EDS）組合，可以進(jìn)行成分分析。所以，SEM也是顯微結(jié)構(gòu)分析的主要儀器，已廣泛用于材料、冶金、礦物、生物學(xué)等領(lǐng)域。掃描電子顯微鏡主要內(nèi)容?SEM的產(chǎn)生?電子束與固體的相互作用?SEM的結(jié)構(gòu)與工作原理?SEM的襯度與成像?SEM的特性與優(yōu)點(diǎn)?SEM的樣品制備?應(yīng)用舉例光學(xué)顯微鏡的極限?SEM的產(chǎn)生電子束作為光

2、源?根據(jù)德布羅意公式：?考慮相對(duì)論效應(yīng)V=10KV→λ=0.0122nm?金屬線圈對(duì)電子流折射聚焦：?電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以作為電子束的透鏡，進(jìn)行折射和聚焦。SEM的產(chǎn)生SEM的產(chǎn)生過(guò)程?1924年，德布羅意(DeBroglie）提出物質(zhì)波的概念;?1926年，德國(guó)的Garbor和Busch發(fā)現(xiàn)用鐵殼封閉的線圈形成軸對(duì)稱磁場(chǎng)可以使電子流折射聚焦;?1935年，德國(guó)的Knoll提出現(xiàn)代SEM的概念;?1965年，英國(guó)劍橋儀器公司生產(chǎn)出第一臺(tái)商用SEM;?1968年，Knoll研制出場(chǎng)發(fā)射電子槍；?1975年，中國(guó)科學(xué)院北京科學(xué)儀器廠生產(chǎn)了我國(guó)第一臺(tái)SEM，分辨率為10nm。SEM的產(chǎn)生Ma

3、xKnoll(1897-1969)1935年提出掃描電鏡的設(shè)計(jì)思想和工作原理。1965年，劍橋儀器公司制造出世界第一臺(tái)商用掃描電鏡。SEM的產(chǎn)生電子束與固體的相互作用一束細(xì)聚焦的電子束轟擊試樣表面時(shí)，入射電子束與試樣的原子核和核外電子將產(chǎn)生彈性或非彈性散射作用，并激發(fā)出反映試樣形貌、結(jié)構(gòu)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(lái)并離開(kāi)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(guò)50ev。大多數(shù)二次電子只帶有幾俄歇電子背散

4、射電子個(gè)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(nèi)發(fā)射出來(lái)的，它對(duì)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(chǎn)額與原子序數(shù)Z沒(méi)有明顯關(guān)系，不能進(jìn)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(lái)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(chǎn)生深度100nm~1μm俄歇電子背散射電子?背散射電子的產(chǎn)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(hào)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(jìn)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(nèi)層電子能級(jí)躍遷過(guò)程中釋放出來(lái)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(nèi)的另—個(gè)電子發(fā)射出去，這個(gè)被入射高壓電子束電離出來(lái)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(nèi)(即樣品吸收電子幾個(gè)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(chǎn)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(jìn)人樣品后，經(jīng)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?。敲炊硇娮颖成⑸潆娮泳蜁?huì)有一部分入射電子穿過(guò)薄二次電子樣品而成為透射電子。陰極熒光X射線?半導(dǎo)體樣品在入射電子的照射樣品吸收電子下，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。當(dāng)電子與空穴發(fā)生復(fù)合時(shí)，會(huì)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(hào)的作用深度和廣度?可以產(chǎn)生信號(hào)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(nèi)的信號(hào)并不一定都能逸出材料表面、成為有效的可供采集的信號(hào)。這是因?yàn)楦鞣N信號(hào)的能量不同，樣品對(duì)不同信號(hào)的吸收和散射也不同。?隨著信號(hào)的有效作用深度增加，作用區(qū)的范圍增加，信號(hào)產(chǎn)生的空間范圍也增加，這對(duì)于信號(hào)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(hào)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