SEM掃描電鏡知識(shí)點(diǎn)掃盲

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1、SEM掃描電鏡知識(shí)點(diǎn)掃盲1.光學(xué)顯微鏡以可見光為介質(zhì)，電子顯微鏡以電子束為介質(zhì)，由于電子束波長(zhǎng)遠(yuǎn)較可見光小，故電子顯微鏡分辨率遠(yuǎn)比光學(xué)顯微鏡高。光學(xué)顯微鏡放大倍率最高只有約1500倍，掃描式顯微鏡可放大到10000倍以上。2.根據(jù)deBroglie波動(dòng)理論，電子的波長(zhǎng)僅與加速電壓有關(guān)：　　λe=h/mv=h/(2qmV)1/2=12.2/(V)1/2(?)　　在10KV的加速電壓之下，電子的波長(zhǎng)僅為0.12?，遠(yuǎn)低于可見光的4000~7000?，所以電子顯微鏡分辨率自然比光學(xué)顯微鏡優(yōu)越許多，但是掃描式電子顯微鏡的電子束直徑大多在50-100?之間

2、，電子與原子核的彈性散射(ElasticScattering)與非彈性散射(InelasticScattering)的反應(yīng)體積又會(huì)比原有的電子束直徑增大，因此一般穿透式電子顯微鏡的分辨率比掃描式電子顯微鏡高。3.掃描式顯微鏡有一重要特色是具有超大的景深(depthoffield)，約為光學(xué)顯微鏡的300倍，使得掃描式顯微鏡比光學(xué)顯微鏡更適合觀察表面起伏程度較大的樣品。4.掃描式電子顯微鏡，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)由上而下，由電子槍(ElectronGun)發(fā)射電子束，經(jīng)過一組磁透鏡聚焦(CondenserLens)聚焦后，用遮蔽孔徑(CondenserAper

3、ture)選擇電子束的尺寸(BeamSize)后，通過一組控制電子束的掃描線圈，再透過物鏡(ObjectiveLens)聚焦，打在樣品上，在樣品的上側(cè)裝有訊號(hào)接收器，用以擇取二次電子(SecondaryElectron)或背向散射電子(BackscatteredElectron)成像。5.電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散布(EnergySpread)要小，目前常用的種類計(jì)有三種，鎢(W)燈絲、六硼化鑭(LaB6)燈絲、場(chǎng)發(fā)射(FieldEmission)，不同的燈絲在電子源大小、電流量、電流穩(wěn)定度及電子源壽命等均有差異。6.熱游離方式電子槍

4、有鎢(W)燈絲及六硼化鑭(LaB6)燈絲兩種，它是利用高溫使電子具有足夠的能量去克服電子槍材料的功函數(shù)(workfunction)能障而逃離。對(duì)發(fā)射電流密度有重大影響的變量是溫度和功函數(shù)，但因操作電子槍時(shí)均希望能以最低的溫度來(lái)操作，以減少材料的揮發(fā)，所以在操作溫度不提高的狀況下，就需采用低功函數(shù)的材料來(lái)提高發(fā)射電流密度。7.價(jià)錢最便宜使用最普遍的是鎢燈絲，以熱游離(Thermionization)式來(lái)發(fā)射電子，電子能量散布為2eV，鎢的功函數(shù)約為4.5eV，鎢燈絲系一直徑約100μm，彎曲成V形的細(xì)線，操作溫度約2700K，電流密度為1.75A/

5、cm2，在使用中燈絲的直徑隨著鎢絲的蒸發(fā)變小，使用壽命約為40~80h。8.六硼化鑭(LaB6)燈絲的功函數(shù)為2.4eV，較鎢絲為低，因此同樣的電流密度，使用LaB6只要在1500K即可達(dá)到，而且亮度更高，因此使用壽命便比鎢絲高出許多，電子能量散布為1eV，比鎢絲要好。但因LaB6在加熱時(shí)活性很強(qiáng)，所以必須在較好的真空環(huán)境下操作，因此儀器的購(gòu)置費(fèi)用較高。9.場(chǎng)發(fā)射式電子槍則比鎢燈絲和六硼化鑭燈絲的亮度又分別高出10~100倍，同時(shí)電子能量散布僅為0.2~0.3eV，所以目前市售的高分辨率掃描式電子顯微鏡都采用場(chǎng)發(fā)射式電子槍，其分辨率可高達(dá)1nm以

6、下。10.場(chǎng)發(fā)射電子槍可細(xì)分成三種:冷場(chǎng)發(fā)射式(coldfieldemission,FE)，熱場(chǎng)發(fā)射式(thermalfieldemission,TF)，及蕭基發(fā)射式(Schottkyemission,SE)11.當(dāng)在真空中的金屬表面受到108V/cm大小的電子加速電場(chǎng)時(shí)，會(huì)有可觀數(shù)量的電子發(fā)射出來(lái)，此過程叫做場(chǎng)發(fā)射，其原理是高電場(chǎng)使電子的電位障礙產(chǎn)生Schottky效應(yīng)，亦即使能障寬度變窄，高度變低，因此電子可直接"穿隧"通過此狹窄能障并離開陰極。場(chǎng)發(fā)射電子系從很尖銳的陰極尖端所發(fā)射出來(lái)，因此可得極細(xì)而又具高電流密度的電子束，其亮度可達(dá)熱游離電

7、子槍的數(shù)百倍，或甚至千倍。12.場(chǎng)發(fā)射電子槍所選用的陰極材料必需是高強(qiáng)度材料，以能承受高電場(chǎng)所加諸在陰極尖端的高機(jī)械應(yīng)力，鎢即因高強(qiáng)度而成為較佳的陰極材料。場(chǎng)發(fā)射槍通常以上下一組陽(yáng)極來(lái)產(chǎn)生吸取電子、聚焦、及加速電子等功能。利用陽(yáng)極的特殊外形所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)，能對(duì)電子產(chǎn)生聚焦效果，所以不再需要韋氏罩或柵極。第一(上)陽(yáng)極主要是改變場(chǎng)發(fā)射的拔出電壓(extractionvoltage)，以控制針尖場(chǎng)發(fā)射的電流強(qiáng)度，而第二(下)陽(yáng)極主要是決定加速電壓，以將電子加速至所需要的能量。13.要從極細(xì)的鎢針尖場(chǎng)發(fā)射電子，金屬表面必需完全干凈，無(wú)任何外來(lái)材料的原子

8、或分子在其表面，即使只有一個(gè)外來(lái)原子落在表面亦會(huì)降低電子的場(chǎng)發(fā)射，所以場(chǎng)發(fā)射電子槍必需保持超高真空度，來(lái)防止鎢陰極表面累積原子。由于超高