SEM實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

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1、掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名周劍學(xué)生學(xué)號(hào)20111401213專業(yè)班級(jí)材料1112小組成員韓彬懿陳寶山李明達(dá)2014年6月15日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解掃描電鏡的結(jié)構(gòu)、用途及基本原理；2.了解掃描電鏡的樣品制備；3.通過實(shí)際分析，明確掃描電鏡和電子探針儀的用途。二掃描電子顯微鏡構(gòu)造2.1示意圖圖一系統(tǒng)方框圖圖二掃描電鏡外觀2.2掃描電子顯微鏡各部分介紹掃描電鏡主要由三個(gè)基本部分組成：1，電子光學(xué)系統(tǒng)；2，信號(hào)收集處理、圖像顯示和記錄系統(tǒng)；3，真空系統(tǒng)。2.21電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)：包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和圖樣室電子槍：為了獲得較高的信號(hào)強(qiáng)度和掃描像，由電子槍發(fā)射的掃描電子束應(yīng)具有

2、較高的亮度和盡可能小的束斑直徑。常用的電子槍有三種：普通熱陰極三極電子槍、六硼化鑭陰極電子槍和場(chǎng)發(fā)射電子槍。電磁透鏡：其功能是把電子槍的束斑逐級(jí)聚焦縮小，因照射到樣品上的電子束光斑越小，其分辨率就愈高。掃描電鏡通常都有三個(gè)聚光鏡，前兩個(gè)是強(qiáng)透鏡，縮小束斑，第三個(gè)透鏡是弱透鏡，焦距長(zhǎng)，便于在樣品室和聚光鏡之間裝入各種信號(hào)探測(cè)器。為了降低電子束的發(fā)散程度，每級(jí)聚光鏡都裝有光闌。為了消除像散，裝有消像散器。掃描線圈：其作用是使電子束偏轉(zhuǎn)，并在樣品表面作有規(guī)則的掃動(dòng)，電子束在樣品上的掃描動(dòng)作和在顯像管上的掃描動(dòng)作由同一掃描發(fā)生器控制,保持嚴(yán)格同步。當(dāng)電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)線圈時(shí)，方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后又由下

3、偏轉(zhuǎn)線圈使它的方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折,再通過末級(jí)透鏡的光心射到樣品表面。在上下偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，在樣品表面掃描出方形區(qū)域，相應(yīng)地在樣品上也畫出一副比例圖像。圖三（a）光柵掃描（b）角光柵掃描樣品室：樣品室中有樣品臺(tái)和信號(hào)探測(cè)器，樣品臺(tái)除了能夾持一定尺寸的樣品，還能使樣品作平移、傾斜、轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，同時(shí)樣品還可在樣品臺(tái)上加熱、冷卻和進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)（如拉伸和疲勞）。2.22信號(hào)搜集和圖像顯示系統(tǒng)樣品在入射電子束作用下會(huì)產(chǎn)生各種物理信號(hào)，有二次電子、背散射電子、特征X射線、陰極熒光和透射電子。不同的物理信號(hào)要用不同類型的檢測(cè)系統(tǒng)。它大致可分為三大類，即電子檢測(cè)器、陰極熒光檢測(cè)器和X射線檢測(cè)器。2.

4、23真空系統(tǒng)如果真空度不足，除樣品被嚴(yán)重污染外，還會(huì)出現(xiàn)燈絲壽命下降，極間放電等問題。注：真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。在“真空”中，聲音因?yàn)闆]有介質(zhì)而無法傳遞，但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實(shí)上，在真空技術(shù)里，真空系針對(duì)大氣而言，一特定空間內(nèi)部之部份物質(zhì)被排出，使其壓力小于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則我們通稱此空間為真空或真空狀態(tài)。真空常用帕斯卡（Pascal）或托爾（Torr）做為壓力的單位。在自然環(huán)境里，只有外太空堪稱最接近真空的空間。三常見概念3.1放大倍數(shù)當(dāng)入射電子束作光柵掃描時(shí)，若電子束在樣品表面掃描的幅度為As，在熒光屏陰極射線同步掃描的

5、幅度為Ac，則掃描電鏡的放大倍數(shù)為:注：調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的方法：由于掃描電鏡的熒光屏尺寸是固定不變的，因此，放大倍率的變化是通過改變電子束在試樣表面的掃描幅度來實(shí)現(xiàn)的。如果熒光屏的寬度As=100mm，當(dāng)As=5mm時(shí)，放大倍數(shù)為20倍，如果減少掃描線圈的電流，電子束在試樣上的掃描幅度見效為Ac=0.05mm，放大倍數(shù)可達(dá)2000倍?？梢姼淖儝呙桦婄R的放大倍數(shù)十分方便。目前商品化的掃描電鏡放大倍數(shù)可以從20倍調(diào)節(jié)到20萬倍左右。3.2分辨率分辨率是掃描電鏡的主要性能指標(biāo)。對(duì)微區(qū)成分分析而言，它是指能分析的最小區(qū)域；對(duì)成像而言，它是指能分辨兩點(diǎn)之間的最小距離。分辨率大小由入射電子束直徑和調(diào)制信

6、號(hào)類型共同決定。電子束直徑越小，分辨率越高。但由于用于成像的物理信號(hào)不同，例如二次電子和背反射電子，在樣品表面的發(fā)射范圍也不相同，從而影響其分辨率。一般二次電子像的分辨率約為5-10nm，背反射電子像的分辨率約為50-200nm。X射線也可以用來調(diào)制成像，但其深度和廣度都遠(yuǎn)較背反射電子的發(fā)射范圍大，所以X射線圖像的分辨率遠(yuǎn)低于二次電子像和背反射電子像。3.3景深景深是指一個(gè)透鏡對(duì)高低不平的試樣各部位能同時(shí)聚焦成像的一個(gè)能力范圍。與透射電鏡景深分析一樣，掃描電鏡的景深也可表達(dá)為Df?2Δγ0/α，，式中α為電子束孔徑角?？梢姡娮邮讖浇鞘菦Q定掃描電鏡景深的主要因素，它取決于末級(jí)透鏡的光柵

7、直徑和工作距離。掃描電鏡的末級(jí)透鏡采用小孔徑角，長(zhǎng)焦距，所以可以獲得很大的景深，它比一般光學(xué)顯微鏡景深大100-500倍，比透射電鏡的景深大10倍。由于景深大，掃描電鏡圖像的立體感強(qiáng)，形態(tài)逼真。對(duì)于表面粗糙的端口試樣來講，光學(xué)顯微鏡因景深小無能為力，透射電鏡對(duì)樣品要求苛刻，即使用復(fù)型樣品也難免出現(xiàn)假像，且景深也較掃描電鏡為小，因此用掃描電鏡觀察分析斷口試樣具有其它分析儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。四掃描電鏡用途及優(yōu)點(diǎn)具體功能用途歸納如下：1、