SEM原理学习报告.ppt

五、SEM的三大特性概述 电子束大小 入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨本领的极限。如果束斑为10nm，那么分辨本领最高也是10nm。 所以说SEM的分辨率约等于最小电子束的直径，电子束大小 d0×Si/S0×S/S’ 因此可以经过增加聚束镜强度或者减小工作距离（S）来缩小电子束直径大小，以提高分辨率。 电子束电流 电子束电流 B×（aa/ai）2 式中B为电子枪电流。由上式可以看出若增加聚光镜强度或缩小孔径大小，会降低电子束电流。当电子束电流不足时，将无法得到清晰的图像。 入射角 缩小物镜孔径或者增加工作距离，可以降低电子束在样品表面的入射角。通过聚焦后的电子束的入射角越小，景深越大。 SEM电子光学路径示意图 SEM CRT的电子束 CRT 试样 电子束 扫描 X方向 L 扫描 Y方向 扫描 X方向 扫描 Y方向 SEM的放大倍率 L/A A 改变扫描线圈的电流，可以使电子束扫描幅度发生变化，以此达到改变放大倍率。 1、放大倍率 2、分辨率 分辨率是扫描电镜的主要性能指标。对成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。一般二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。前面说过二次电子比反射电子的产生范围浅，入射电子在浅范围内只发生数次散射，且产生范围和入射电子照射面积差不多，所以说在理想情况下二次电子像的分辨率约等于入射电子的分辨率。影响分辨率的因素如下： （1）入射电子束束斑直径：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨本领的极限。如果束斑为10nm，那么分辨本领最高也是10nm。 （2）入射电子束在样品中的扩展效应：入射电子束在样品中发生扩散，扩散程度取决于入射电子束能量和样品原子序数高低，入射电子束能量越大、样品原子序数越小，则电子束作用体积越大，产生信号的区域随电子束的扩散而增大，从而降低了分辨率。 （3）所用的调制信号及成像方式：所用的调制信号不同，所得图像的分辨率也不同。 二次电子作为调制信号时--由于二次电子能量比较低（小于50eV），由于二次电子主要是激发于样品表面，入射电子还没有被多次反射，因此二次电子产生的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，基本上未向侧向扩散。 反射电子作为调制信号时--由于背散射电子能量比较高，穿透能力比二次电子强得多，可以从样品中较深的区域逸出（约为有效作用深度的30%左右）。在这样的深度范围，入射电子已经有了相当宽的侧向扩展。在样品上方检测到的背散射电子来自比二次电子大得多的区域，所以分辨率低，一般在500-2000nm左右。 吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其它操作方式，由于这些信号均来自整个电子束散射区域，使所得扫描像的分辨率都比较低，一般在1000nm或10000nm以上不等。 二次电子图像 反射电子图像 3、景深 景深是指焦点前后的一个距离范围，该范围内所有物点所成的图像符合分辨率要求，可以同时聚焦成清晰的像。即景深是可以被看清的距离范围。如果图像景深大，那么扫描电子像就更附有富有立体感，这样就可以进行立体观察和立体分析。 SEM景深示意图 tan a a r/（D/2） a为电子束入射角 景深 D 2r/a r为电子束直径 假设CRT光点大小为0.1mm 100um 2r 0.1/M（放大倍率） a R/WD D 100um/（M*a） （100um*WD/M*R） 由上式，当在某一放大倍率不变下，要增加景深则必须减小电子束的发散角（a），要减小a可以使用较小的物镜孔径或者增加工作距离。增加工作距离后通过调焦使电子束打在样品表面，这时的入射角a就会减小，前提要改变电子束在物镜的偏转角度，使其能够打在样品表面。 如果单独考虑景深，增加工作距离会得到比较大的景深。但是如果综合考虑，增加工作距离由电子束大小公式得出电子电子束将会增加从而降低分辨率，也就是说最佳景深和最佳分辨率无法同时兼得，必须依观察样品的目的来选择。 电子束入射角与景深的关系 工作距离与景深的关系 末孔径-200um WD-10mm 末孔径-200um WD-38mm 末孔径-600um WD-10mm SEM的最佳分辨率由三个因素限制：（1）可获得的最小电子束大小（2）提供满意影像所需的最小电子束电流（3）电子束与样品的作用范围；通常SEM使用的是二次电子讯号成像，其产生的范围和电子束面积差不多，所以SEM的最佳分辨率仅有前两个因素决定。 1、实际最小电子束大小 当放大倍率很高时，相应的只有将电子束控制的很小才能够得到更小的扫描幅度。但是当电子束很小时就必须考虑到像差。理论上，电子束可以聚焦于一点，形成一针点探束，但实际上，因为透镜并