现代材料检测8章SEM(精编).ppt

第八章 扫描电子显微分析 History of SEM Features of SEM 3. 扫描电镜的工作内容 二次电子像：微观形貌像--- 得到物质表面形貌反差的信息。 背散射电子像：组成分布像----可得到不同区域内平均原子序数差别的信息。 3.2 背散射电子像 背散射电子既可以用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度。 1. 形貌衬度 用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率远比二次电子低。 因为背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射电子能量较高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背反射电子，而掩盖了许多有用的细节。 2. 成分衬度 背散射电子发射系数可表示为 样品中重元素区域在图像上是亮区，而轻元素在图像上是暗区。利用原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。 背反射电子信号强度要比二次电子低的多，所以粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。 2、背散射电子像 背散射电子是由样品反射出来的入射电子，其主要特点是： 能量很高，有相当部分接近入射电子能量E0，在试样中产生的范围大，像的分辨率低。 背散射电子发射系数η随原子序数增大而增大（图2-75）。 作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变化不大（图2-75）。 两种图像的对比 3.扫描电镜的主要特征 (3)景深大 　景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。景深大的图像立体感强，对粗糙不平的断口样品观察需要大景深的SEM。SEM的景深Δf可以用如下公式表示： (4)保真度好 　　样品通常不需要作任何处理即可以直接进行观察，所以不会由于制样原因而产生假象。这对断口的失效分析特别重要。 (5)样品制备简单 　样品可以是自然面、断口、块状、粉体、反光及透光光片，对不导电的样品如塑料、矿物只需蒸镀一层20nm的导电膜。 通常采用二次电子发射系数较高的金银或碳膜做导电层. 另外，现在许多SEM具有图像处理和图像分析功能。有的SEM加入附件后，能进行加热、冷却、拉伸及弯曲等动态过程的观察。 2.粉体样品 粉体可以直接撒在样品座的双面碳导电胶上，用平的表面物体，例如玻璃板压紧，然后用洗耳球吹去粘结不牢固的颗粒 也可以将粗颗粒粉体用环氧树脂等镶嵌材料混合后，进行粗磨、细磨及抛光方法制备 3.块状样品 对尺寸小的块状样品可以用环氧树脂等镶嵌后，进行研磨和抛光。 较大的块状样品也可以直接研磨和抛光， 抛光以后必须把抛光粉等污染物用超声波清洗机清洗干净 对不导电的样品，最好在样品加工完毕后，立即蒸镀金或者碳等导电膜，镀膜后应马上分析，避免表面污染和导电膜脱落。一般形貌观察时，蒸镀金导电膜，金导电膜导电性好，二次电子发射率高，可以拍摄出质量好的图象 4. 扫描电镜应用实例 断口形貌分析 纳米材料形貌分析 在微电子工业方面的应用 SEM与TEM的主要区别 ★在原理上 SEM不是用透射电子成像，而是用二次电子加背景散射电子成像。 ★在仪器构造上 光源、真空系统相似，检测系统完全不同。 本节重点 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像） 2. X 射线谱仪 聚焦圆的中心O固定，分光晶体和检测器在圆周上以1：2的角速度运动来满足布拉格衍射条件。 这种谱仪结构简单，但由于分光晶体转动而使X射线出射方向变化很大，在样品表面不平度较大的情况下，由于X射线在样品内行进的路线不同，往往会造成分析上的误差。 （b）能量色散谱仪EDS - Energy Dispersive Spectrometry 能谱分析和波谱分析特点 分析方法 粉体形貌观察 α—Al203团聚体(a)和 团聚体内部的一次粒子结构形态(b) (a) 300×　　　　　　　　　 (b) 6000× （a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。 4.3 在微电子工业方面的应用 SEM+(WDS+EDS) 　　X射线谱仪的的作用是测量电子与试样相互作用产生的X 射线波长和强度。 X射线谱仪分为二类:波长色散谱仪(WDS) 能量色散谱仪(EDS) 分析处理 显示并转换为数据 X-射线探测器 探测X射线信号并转换为电信号 脉冲处理器 测量电子信号并确定所接收到X射线的能量 众所周知，X射线是一种电磁辐射，具有波粒二象性， 因此可以用二种方式对它进行描述。如果把它视为连续的电磁波，那么特征X 射线就能看成具有固定波长的电磁波，不同元素就对应不同的特征X 射线波长。 　　从试样激发的X射线,选用已知晶面间距d的合适晶体分光，波长不同的特征X射线将有不同的衍射角2θ，就可以求出其波长λ，根据以上原理制成的谱仪称