JEOLJSM-5410SEM仪器简介.doc

JEOL JSM-5410 SEM 儀器簡介 一、原理 SEM主要構造構造如左圖所示，上方電子槍產生電子束，經過電磁透鏡組使電子束聚焦成一微小的電子束照射至試片。掃描線圈用來偏折電子束，而在試片上做二度空間的掃描。電子束與試片作用後，激發出二次電子與反射電子，經由偵測器偵測後，經過訊號處理放大後送至CRT，CRT上的亮度與對比則反應出試片表面的形貌、特徵等。 電子槍電子槍的目的主要為提供直徑小、亮度高而且電流穩定的電子束，最常使用的電子槍有熱游離式的鎢絲或LaB6及場發射鎢針電子槍。下圖為其特性比較表。 電磁透鏡系統 電流通過纏繞鐵心的線圈會產生磁場，電磁透鏡即是利用此種磁場來偏折電子束，當電子束穿過電磁透鏡的情形就如同光線穿過玻璃透鏡一樣，能產生聚焦或是放大的效果。 電子偵測器 電子偵測器有兩種，一種為閃爍計數器偵測器，常用於偵測量較低的二次電子，可將撞擊其上的電子所產生的光子經由光電管增強放大，再轉換成電子脈衝放大訊號送至CRT顯像，即所謂的二次電子影像(SEI)。另一種為固態偵測器，由矽晶半導體構成，用於偵測能量較高的反射電子。當電子打到半導體後會所引出的電子訊號，進而送至顯示器，形成反射電子影像(BEI) 電子束與試片的相互作用二次電子：試片受到入射電子撞擊所釋放出來的弱 鍵結電子。其能量低，由試片表面5-50 nm 所貢獻。其數量受表面起伏狀況影響。 反射電子：入射電子與試片原子發生彈性碰撞，而逃離試片的高能量電子，其動能等於或略小於入射電子能量。其數量受試片中元素種類不同影響。 二、試片置備SEM試片置備原則： 顯露出欲分析的位置 表面導電性良好，須能導掉電荷 不能有鬆動的粉末或碎屑，以避免污染電磁透鏡 須耐熱，不能有熔融蒸發的現象 不能含有液狀或膠狀物質，以免揮發 非導體試片表面須鍍金(影像觀察)或鍍碳(成份分析) 一般需要觀察金相(晶粒、晶界的形狀大小)、試片橫截面、膜厚量測、成份定量分析等試片，因需要平整的表面，所以需要進行鑲埋、研磨、拋光等步驟，或在進而利用浸蝕使試片的顯微組織顯現出來。至於IC元件，則一般須先進行去封裝及去層次等才能觀察所要檢查的層面。若樣品為粉末，則可用導電膠沾粉法或丙酮分散液滴法來置備試片，製作完成後須再用氮氣吹乾並去除鬆動粉末。若為磁性試片則須先去磁，以免污染透鏡。三、分析與應用利用SEM其高解析、大景深及試片置備容易等優點，以二次電子及反射電子成像來觀察試片表面的微區形貌，應用範圍相當廣大。配合加裝能量分散式光譜儀(EDS)可做微區成份的定性與定量分析。 材料工程師運用SEM探索材料失效的原因，例如金屬是否會因疲勞、鏽蝕抗拉應力而斷裂；半導體製程工程師用SEM做產品的良率及產品故障分析。噴射機引擎工程師用SEM分析濾油器中的殘留顆粒，據以找出耗損的引擎零件；醫療研究人員用SEM觀察細胞，辨認骨骼退化的狀況或組織是否受到細菌的侵襲；而鑑識專家也能用SEM查明在不同地點發現的毛髮、衣物纖維或彈殼是否可能為同一來源。運用SEM更可對於現今的奈米科技提供快速及便利的材料粒徑、成份、微觀結構等分析。 參考資料 1. “材料分析”, 汪建民主編, 中國材料科學學會, 2001.