掃描電鏡原理

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1、掃描電鏡的原理及應用一.掃描電鏡基本原理掃描電子顯微鏡的成像原理：是以類似電視攝影顯像的方式，利用細聚焦高能電子束在樣品表面掃描時激發(fā)出來的各種物理信號來調(diào)制成像的。早在1935年，德國的Knoll就提出了掃描電鏡的工作原理。1938年，VonArdenne開始進行實驗研究。1942年，Zworykin、Hill制成了第一臺實驗室用的掃描電鏡，但真正作為商品，那是1965年的事。70年代開始，掃描電鏡的性能突然提高很多，其分辨率優(yōu)于20nm，才廣泛地被應用。11、掃描電鏡的構(gòu)造和工作原理（1）掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理方框圖掃描電鏡構(gòu)造：1.電子光學系統(tǒng)；

2、2.信號收集處理、圖像顯示和記錄系統(tǒng)；3.真空系統(tǒng)；4.電氣系統(tǒng)四個基本部分組成。21、掃描電鏡的構(gòu)造和工作原理（2）基本工作原理：掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理方框圖3通過對電子槍內(nèi)的鎢燈絲加-20KV的高電壓，使電子槍處于熱激發(fā)狀態(tài)，在陽極的作用下，處于熱激發(fā)狀態(tài)的電子槍就可以激發(fā)出電子束，這個電子束就是光源。但是剛剛激發(fā)出的電子束束斑比較粗，大概7-10微米左右，不利于清晰成像，因此，有必要對該電子束進行細化，這就是要在樣品與電子槍之間加3級“聚光鏡”，我們這里的“聚光鏡”不是光學中應用的棱鏡，而是一對對的電磁透鏡，因為，在真空狀態(tài)下，磁場中高速運行的電

3、子束會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，我們利用這個原理對電子束進行“聚焦”約束。三個電磁透鏡中的前兩個是強磁透鏡，可起到把電子束光斑縮小的作用，而第三個非對稱磁場為弱磁透鏡，它起到的作用是延長焦距。布置這個末級透鏡（習慣上成為物鏡）的目的在于使樣品和透鏡之間留有一定的空間，以便裝入各種信號探測器。掃描電子顯微鏡中照射到樣品上的電子束直徑越小，就相當于成像單元尺寸越小，相應的分辨率就越高。采用普通的熱陰極電子槍時，掃描電子束的束徑可達到6nm左右。若采用六硼化鑭陰極和場發(fā)射電子槍，電子束束徑可進一步縮小。在掃描線圈作用下，在樣品表面掃描，激發(fā)出各種物理信號，其強度隨樣品

4、表面特征而變化。通過檢測器檢測信號，并經(jīng)放大，調(diào)制圖像。2、電子與固體作用產(chǎn)生的信號4背散射電子：入射電子束被固體樣品中的原子核反彈回來的一部分入射電子，包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。彈性背散射電子,散射角度大于90度的那些入射電子，其能量基本上或者幾乎沒有損失。能量可達到數(shù)萬電子伏。非彈性背散射電子,入射電子與樣品核外電子撞擊后產(chǎn)生的非彈性散射，不僅方向發(fā)生改變，能量也有不同程度的損失。能量從數(shù)十電子伏到數(shù)千電子伏。無論彈性還是非彈性背散射電子都來源于樣品的表層幾百納米的深度范圍。由于它的產(chǎn)額能隨樣品的原子序數(shù)增大而增多，所以不僅能做形

5、貌的分析，而且可以用來顯示原子序數(shù)襯度，定性的用作成分分析。二次電子：在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的樣品原子的核外電子。是一種真空中的自由電子。由于原子核和外層價電子間的結(jié)合能很小，因此外層電子比較容易和原子脫離，是原子電離。又由于入射電子的高能量，入射到樣品表面時，可以產(chǎn)生許多自由電子。二次電子的能量很低，一般不超過50電子伏。且一般都是在表層5-10nm深度范圍內(nèi)發(fā)射出來的，它對樣品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效的顯示樣品的表面形貌。二次電子的產(chǎn)額和原子序數(shù)之間沒有明顯的依賴關(guān)系，所以不能用它來進行成分分析。特征X射線是當

6、樣品原子的內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)或電離時，原子就會處于能量較高的激發(fā)狀態(tài)，此時外層電子將向內(nèi)層躍遷以填補內(nèi)層電子的空缺，從而使具有特征能量的X射線釋放出來。根據(jù)莫塞來定律，如果我們用X射線探測器測到了樣品微區(qū)中存在某一種特征波長，就可以判定這個微區(qū)中存在著相應的元素。3、成像原理及信號采集及應用（1）(1)表面形貌襯度原理：利用二次電子特性進行成像，二次電子數(shù)量和原子序數(shù)無明顯的關(guān)系，但對微區(qū)表面的幾何形狀十分敏感。5被入射電子束激發(fā)出的二次電子數(shù)量和原子序數(shù)沒有明顯的關(guān)系，但是二次電子對微區(qū)表面的幾何形狀十分敏感。上圖說明了樣品表面和電子束相對

7、位置與二次電子產(chǎn)額之間的關(guān)系。入射束與樣品表面法線相平行時，即圖中a），二次電子的產(chǎn)額最少。若樣品傾斜了45度，則電子束穿入樣品激發(fā)二次電子的有效深度增加了1.414倍，入射電子激發(fā)表面的二次電子數(shù)量增多（黑色區(qū)域）。同理，樣品傾斜了60度，則有效深度增加了2倍，產(chǎn)生的二次電子數(shù)量進一步增加。二次電子形貌襯度的形成原理：3、成像原理、信號采集及應用（2）6根據(jù)上述原理圖畫出的二次電子形貌襯度示意圖若樣品上：1.B面的傾斜度最小，二次電子產(chǎn)額最少，亮度最低。2.A面傾斜度次之，亮度為灰色。3.C面傾斜度最大，亮度也最大。樣品表面傾斜度越小，二次電子

8、產(chǎn)額越少，亮度越低，反之，樣品表面傾斜度越大，二次電子產(chǎn)額越多，亮度越大。電子檢測器：它由閃爍體、光電管、光電倍增器組成。3、成像原理、