0材料的形貌分析1.ppt

* △ SEM的景深： 对于SEM，虽没有实际的成象透镜，但景深的意义是相同的。 在D深度范围内，中心处为最佳聚焦 当dp 最小可分辨时，在D深度范围内均可清晰成象。 dp / 2 = Dαo/ 2 D = dp / αo αo一般为1mrad 故：景深为最小可分辨的1000倍 景深大 适于观察粗糙样品 * 成像原理 扫描电镜的成像原理与光学显微镜不同，但和透射电镜也不完全一样。 利用扫描线圈使电子束在样品表面进行扫描。 由于高能电子束与样品物质的相互作用，产生各种电子信息：二次电子，反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子等。 这些信息收集后经过放大送到成像系统。样品表面扫描过程任意点发射的信息均可以记录下来，获得图像的信息。 由样品表面上的电子束扫描幅度和显像管上电子束扫描幅度决定图像的放大倍数。 * 电子枪 电子显微镜对电子枪的要求是：能够提供足够数目的电子，发射电子越多，成象越亮；发射电子的区域要小，电子束越细，象差越小，分辩本领越好；电子速度要大，动能越大，成像越亮。 普通热阴极电子枪主要由发夹式钨丝组成，当加热到高温时，钨丝发射出电子。六硼化镧灯丝以及场发射灯丝。 * 热发射源 当温度超过一定值时，有较多的电子具有克服表面势垒 (功函数φ) 的动能而逃离金属射出。 J = AT2exp(-φ/kT) J：阴极发射电流 T：阴极温度 A：与材料有关的常数 对材料要求：功函数小，熔点高 功函数 工作温 度 特点 W阴极 4.5eV 2500-2800 稳定、制备简单 BaB6 2.7eV 1400-2000 化学性质活泼 要求10－4Pa以上真空 特殊夹持材料 * 电子枪 三级电子枪 F：灯丝 负高压 发射电子 A：阳极 接地 F、A间形成对电子的加速场 W：栅极 负偏压 (相对于阴极) △ 让电子只通过栅孔 △ 聚焦透镜作用：在阳极附近形成交叉点 * 场发射源 冷场致发射－ 当尖处电场强度 105 V/m 时；表面势垒宽度 10nm，量子隧道效应成为发射主导机制。 在室温下，大多数电子的能量还不足以克服已降低了的势垒，但仍有一部分电子能穿过势垒而发射。 热场致发射－ * 场发射枪 发射出来的电子在阴极尖后形成交叉虚象， 直径100? 。 高电流发射密度+小交叉点； 比W阴极高1000倍的亮度； 减小束斑， 提高仪器分辨率 * 聚光镜 聚光镜主要可以起到增强电子束密度和将一次发散电子会聚起来的功能。 一般分辩本领在2-5nm的电镜均采用单聚光镜，可以将来自电子枪的直径为100微米的电子束会聚成直径为50微米的电子束。 而对于分辩本领在0.5nm的电镜均采用双聚光镜，可以得到一束直径为几个微米的电子束。 使用双聚光镜可以使照射到样品表面的电子束截面减小，不易使试样过热；减少了照明孔径角，使电子束接近轴照明；电子束强度高，具有较强的亮度；减少荷电效应；衍射效果明显。 * 透镜系统 电子与光子不同，是一种带电粒子，不能通过光学透镜的方式进行聚焦成像。但可以利用电场和磁场的作用使电子会聚成像。 一般把利用静电场原理的透镜称为静电透镜；利用磁场原理的透镜称为磁透镜。 静电透镜的基本原理图见图1。电子束通过两端的离轴作用力和中间的向轴作用力的作用，使得电子束产生会聚。其焦距由电场分布来控制，一般的单透镜的焦距为3～5mm。 图2是运动电子在磁透镜中的会聚原理。 * 透镜比较 磁透镜与静电透镜相比具有以下优点： 磁场强度的改变要比电场强度的改变容易； 在磁透镜中采用低电压（60～100V），不存在击穿的问题，而静电透镜需要上万伏的高压； 磁透镜的象差较小，具有更好的分辨率。 目前，在电镜中使用的主要是磁透镜。 * 真空系统 为了保证电子运动，减少与空气分子的碰撞，因此所有装置必须在真空系统中，一般真空度为10－2～10－4Pa。 一般采用机械泵和油扩散泵或分子泵联合系统 现在一般采用机械泵和分子