現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù) 掃描電鏡課件.ppt

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1、第三章掃描電子顯微鏡ScanningElectronMicroscopy“清晨林中漫步”氧化錫納米線的SEM照片2“花粉上的黃昏”二氧化鈦花粉表面的SEM照片。此花粉是通過形狀不變的“氣-固”替換反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成了氧化鈦。其外觀上的粒狀表面是納米晶體銳鈦礦。此圖經(jīng)后續(xù)圖片加工，增加了顏色和照明效果。3人體單個(gè)淋巴細(xì)胞SEM圖像蒼蠅SEM圖像蜜蜂SEM圖像霍亂細(xì)菌SEM圖像4各種花粉的SEM圖像5教學(xué)目標(biāo)（4學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)和掌握掃描電子顯微鏡(簡(jiǎn)稱掃描電鏡)的基本特征內(nèi)容掌握掃描電子顯微鏡的基本原理、結(jié)構(gòu)清楚理解掃描電子顯微鏡原理中的物理概念理解掃描電鏡制樣方法了解掃描電鏡的應(yīng)用67人眼掃描電子顯微鏡

2、分辨率：0.1~0.2mm0.2μm1nm光學(xué)顯微鏡透射電子顯微鏡一、與其他顯微鏡比較，掃描電鏡的特點(diǎn)78光學(xué)顯微鏡掃描電鏡優(yōu)點(diǎn)：可觀察大塊樣品缺點(diǎn)：分辨本領(lǐng)、放大倍數(shù)、景深低透射電子顯微鏡優(yōu)點(diǎn)：分辨本領(lǐng)、放大倍數(shù)高缺點(diǎn)：對(duì)樣品厚度要求苛刻優(yōu)點(diǎn)：分辨本領(lǐng)、放大倍數(shù)高，景深大，樣品制備方便，配有X射線能譜儀裝置，可同時(shí)進(jìn)行顯微組織形貌的觀察和微區(qū)成分分析斷口形貌分析納米材料形貌分析微電子工業(yè)檢測(cè)……89光學(xué)顯微鏡圖像(b)掃描電子顯微鏡圖像多孔硅的兩種圖像比較圖像景深小成像質(zhì)量差僅看清硅柱在某一高度附近的形貌圖像景深大且分辨率較高完整的多孔硅形貌像910樣品電子束晶格位場(chǎng)電子庫侖場(chǎng)透射電子背散

3、射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子入射電子方向變化，動(dòng)能無變化入射電子方向變化，動(dòng)能變化散射彈性散射非彈性散射電子、光子、中子等二、電子與固體試樣的交互作用1011樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子二次電子是指被入射電子束轟擊出來的樣品中原子的核外電子。入射電子與樣品中原子的價(jià)電子發(fā)生非彈性散射作用而損失的那部分能量（30～50eV）激發(fā)核外電子脫離原子，能量大于材料逸出功的價(jià)電子可從樣品表面逸出，成為真空中的自由電子特征二次電子的能量較低。二次電子試樣表面狀態(tài)非常敏感，能有效顯示試樣表面的微觀形貌；二次電子的分辨率可達(dá)5～10nm，即為

4、掃描電鏡的分辨率。2.1電子顯微鏡常用的信號(hào)1112樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子背散射電子是被固體樣品中的原子反彈回來的一部分入射電子。特征背散射電子反映樣品表面的不同取向、不同平均原子量的區(qū)域差別，產(chǎn)額隨原子序數(shù)的增加而增加；利用背散射電子為成像信號(hào)，可分析形貌特征，也可顯示原子序數(shù)襯度而進(jìn)行定性成分分析。與樣品中原子核作用而形成的彈性背散射電子與樣品中核外電子作用而形成的非彈性背散射電子1213樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子x射線入射電子和原子中的內(nèi)層電子發(fā)生非彈性散射作用而損失一部分能量（幾百個(gè)eV）

5、，激發(fā)內(nèi)層電子發(fā)生電離，形成離子，該過程稱為芯電子激發(fā)。除了二次電子外，失去內(nèi)層電子的原子處于不穩(wěn)定的較高能量狀態(tài)，將依一定的選擇定則向能量較低的量子態(tài)躍遷，躍遷過程中發(fā)射出反映樣品中元素組成信息的特征X射線特征X射線光子反應(yīng)樣品中元素的組成情況，可用于材料的成分分析。13高速度粒子(電子或光子)激發(fā)態(tài)KLh???KL=?L-?K??KL=h?=hc/?對(duì)于原子序數(shù)為Z的確定的物質(zhì)來說，各原子能級(jí)的能量差是固有的，所以λ也是固有的特征X射線產(chǎn)生示意圖：1415樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子Auger電子在特征X射線過程中，如果在原子內(nèi)層電子能級(jí)躍遷過

6、程中釋放出來的能量并不以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)的另一個(gè)電子發(fā)射出去，這個(gè)被電離出來的電子稱為Auger（俄歇）電子。特征俄歇電子的平均白由程很小(1nm左右).只有在距離表面層1nm左右范圍內(nèi)(即幾個(gè)原子層厚度)逸出的俄歇電子才具備特征能量，因此俄歇電子特別適用于表面層的成分分析。1516樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子吸收電子入射電子進(jìn)入樣品后，經(jīng)多次非彈性散射能量損失殆盡,最后被樣品吸收。若在樣品和地之間接入一個(gè)高靈敏度的電流表，就可以測(cè)得樣品對(duì)地的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是由吸收電子提供的。利用測(cè)量吸收電子產(chǎn)生的電流，既可以成像，

7、又可以獲得不同元素的定性分布情況特征當(dāng)電子束入射一個(gè)多元素的樣品表面時(shí)，則產(chǎn)生背散射電子較多的部位(原子序數(shù)大)其吸收電子的數(shù)量就較少?？蛇M(jìn)行微區(qū)成分定性分析。1617樣品電子束透射電子背散射電子二次電子X射線Auger電子陰極發(fā)光吸收電子透射電子如果被分析的樣品很?。敲淳蜁?huì)有一部分入射電子穿過薄樣品而成為透射電子。特征它含有能量和入射電子相當(dāng)?shù)膹椥陨⑸潆娮?，還有各種不同能量損失的非彈性散射電子。攜帶被樣品