掃描電鏡簡(jiǎn)述

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1、JIANGSUUNIVERSITY冶金工程專業(yè)碩士研究生結(jié)課論文論文題目：掃描電鏡SEM分析技術(shù)綜述課程名稱：ModernMaterialAnalyticTechnology專業(yè)班級(jí)：2015級(jí)碩士研究生學(xué)生姓名學(xué)號(hào)：2211505072學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院4學(xué)期：2015-2016第一學(xué)期完成時(shí)間：2015年11月30日掃描電鏡SEM分析技術(shù)綜述摘要掃描電子顯微鏡（如下圖所示），簡(jiǎn)稱為掃描電鏡，英文縮寫為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

2、觀察和分析。現(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。本文主要對(duì)掃描電鏡SEM進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，分別從掃描電鏡發(fā)展的歷史沿革；工作原理；設(shè)備構(gòu)造及功能；在冶金及金屬材料分析中的應(yīng)用情況；未來(lái)發(fā)展方向等幾個(gè)方面來(lái)對(duì)掃描電鏡分析技術(shù)進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞:掃描電子顯微鏡二次電子背散射電子EDS成分分析4掃描電子顯微鏡目錄一掃描電鏡41.1近代掃描電鏡的發(fā)展41.1.1場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡41.1.2分析型掃描電鏡及其附件51.2現(xiàn)代掃描電鏡的發(fā)展61.2.1低電壓掃描電鏡61.2.2低真空掃描電鏡61.2.3環(huán)境

3、掃描電鏡ESEM71.3掃描電鏡工作原理設(shè)備構(gòu)造及其功能71.3.1掃描電鏡工作原理81.3.2掃描電鏡的主要結(jié)構(gòu)及功能91.4掃描電鏡性能1141.5掃描電鏡在冶金及金屬材料分析中的應(yīng)用12二結(jié)論14三參考文獻(xiàn)144一掃描電鏡SEM1.1近代掃描電鏡的發(fā)展掃描電鏡的設(shè)計(jì)思想早在1935年便已提出，1942年在實(shí)驗(yàn)室制成第一臺(tái)掃描電鏡，但因受各種技術(shù)條件的限制，進(jìn)展一直很慢。1965年，在各項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)有了很大進(jìn)展的前提下才在英國(guó)誕生了第一臺(tái)實(shí)用化的商品儀器。此后，荷蘭、美國(guó)、西德也相繼研制出各種型號(hào)的掃描電鏡，日本二戰(zhàn)后在美國(guó)的支持下生產(chǎn)出掃描電鏡，中國(guó)則在20世紀(jì)70年代生產(chǎn)出自己

4、的掃描電鏡。前期近20年，掃描電鏡主要是在提高分辨率方面取得了較大進(jìn)展，80年代末期，各廠家的掃描電鏡的二次電子像分辨率均已達(dá)到4.5nm。在提高分辨率方面各廠家主要采取了如下措施:(1)降低透鏡球像差系數(shù)，以獲得小束斑；(2)增強(qiáng)照明源，即提高電子槍亮度(如采用LaB6或場(chǎng)發(fā)射電子槍)；(3)提高真空度和檢測(cè)系統(tǒng)的接收效率；(4)盡可能減小外界振動(dòng)干擾。目前，采用鎢燈絲電子槍掃描電鏡的分辨率最高可以達(dá)到3.5nm，采用場(chǎng)發(fā)射電子槍掃描電鏡的分辨率可達(dá)1nm。到20世紀(jì)90年代中期，各廠家又相繼采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制和信息處理。1.1.1場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡采用場(chǎng)致發(fā)射電子槍代替

5、普通鎢燈絲電子槍，這項(xiàng)技術(shù)從1968年就已開(kāi)始應(yīng)用，由于該電子槍的亮度(即發(fā)射電子的能力)大為提高，因而可得到很高的二次電子像分辨率。采用場(chǎng)發(fā)射電子槍需要很高的真空度，在高真空度下由于電子束的散射更小，其分辨率進(jìn)一步得到提高。近幾年來(lái)，各廠家采用多級(jí)真空系統(tǒng)(機(jī)械泵+分子泵+離子泵)，真空度可達(dá)10-7Pa。同時(shí)，采用磁懸浮技術(shù)，噪音振動(dòng)大為降低，燈絲壽命也有增加。束流穩(wěn)定度在12h內(nèi)<0.8%。場(chǎng)致發(fā)射掃描電鏡的特點(diǎn)是二次電子像分辨率高，如果采用低加速電壓技術(shù)，在TV18狀態(tài)下背散射電子(BSE)成像良好，對(duì)于未噴涂非導(dǎo)電樣品也可得到高倍像?？梢灶A(yù)期，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡將對(duì)半導(dǎo)體器件、

6、精密陶瓷材料、氧化物材料等的發(fā)展起到很大的作用。1.1.1分析型掃描電鏡及其附件所謂分析型掃描電鏡即是指將掃描電鏡配備多種附加儀器，以便對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行多種信息的分析，能譜儀，EBSD附件就是其中兩種。a能譜儀附件能譜儀(即X射線能量色散譜儀，簡(jiǎn)稱EDS)通常是指X射線能譜儀。自能譜儀在20世紀(jì)70年代末和80年代初期普遍推廣以來(lái)，首先是在掃描電鏡和電子探針?lè)治鰞x器上得到應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是可以分析微小區(qū)域(幾個(gè)微米)的成分，并且可以不用標(biāo)樣。能譜儀收集譜線時(shí)一次即可得到可測(cè)的全部元素，因而分析速度快，另外，在掃描電鏡所觀察的微觀領(lǐng)域中，一般并不要求所測(cè)成分具有很高的精確度，所以，掃描電鏡配

7、備能譜儀得到了廣大用戶的認(rèn)可，并且其無(wú)標(biāo)樣分析的精確度能勝任常規(guī)研究工作。目前，最先進(jìn)的采用超導(dǎo)材料生產(chǎn)的能譜儀，分辨率達(dá)到了5-15eV，已超過(guò)了25eV分辨率的波譜儀，這是目前能譜儀發(fā)展的最高水平。能譜儀主要是用來(lái)分析材料表面微區(qū)的成分，分析方式有定點(diǎn)定性分析、定點(diǎn)定量分析、元素的線分布、元素的面分布。例如夾雜物的成分分析、兩個(gè)相中元素的擴(kuò)散深度、多相顆粒元素的分布情況。其特點(diǎn)是分析速度快，作為掃描電鏡的輔助工具可在不影響圖像分辨率的前提下進(jìn)行成分分析