扫描电子显微镜2011研究生电镜实验培训.ppt

扫描电子显微镜的结构和工作原理 ESEM特殊结构与性能 含水样品保湿 消除电荷堆积 （1）放大倍数 定义： 荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅 放大倍数与扫描面积的关系(若荧光屏画面面积为10×10cm2): 放大倍数 扫描面积 10× (1cm)2 100× (1mm)2 1,000× (100μm)2 10,000× (10μm)2 100,000× (1μm)2 SEM的主要性能指标 扫描电镜放大倍数从几十放大到几十万倍，连续可调。放大倍率不是越大越好，要根据有效放大倍率和分析样品的需要进行选择。如果放大倍率为M，人眼分辨率为0.2mm，仪器分辨率为5nm，则有效放大率M＝0.2×106nm?5nm=40,000（倍）。如果选择高于40,000倍的放大倍率，不会增加图像细节，只是虚放，一般无实际意义。放大倍率是由分辨率制约，不能盲目看仪器放大倍率指标。 SEM的主要性能指标 中国科学技术大学力学与机械工程系 材料现代测试技术 龚 明 扫描电镜成像原理 一.成像原理： 利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。类似电视摄影显像的方式。 电子束经三个电磁透镜聚焦后，成直径为几个纳米的电子束； 末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上做光栅扫描。试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度取决于试样表面的形貌、受激发区域的成分和晶体取向。 在试样附近的探测器把激发出的电子信号接受下来，经信号处理放大系统后，输送到显像管栅极以调制显像管的亮度。 扫描电镜成像原理 SEM的样品室附近可以装入多个探测器，例如：SED、BED、GSED、EDS、WDS、EBSD等。 目前的扫描电子显微镜可以进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。 显像管中的电子束和镜筒中的电子束同步扫描，且显像管上各点的亮度由试样上各点激发出的电子信号强度来调制，因此从试样表面上任一点所收集来的信号强度与显像管屏上相应点亮度一一对应。所以，试样各点状态不同，显像管各点相应的亮度也必不同，由此得到反映试样状态的图像。 GSED 样 品 入射电子束 SED BED EDS/WDS EBSD 扫描电镜的结构和工作原理 1. 电子光学系统(镜筒) （1）电子枪 （2）电磁透镜——汇聚镜 （3）扫描线圈——光栅扫描、角光栅扫描 （4）样品室各级光阑、消像散器 2. 信号探测放大系统 （1）各种探头（闪烁计数器）—— SE、BSE、TE、EDS、GSED、EDS/WDS （2）光电倍增器 （3）视频放大器 3. 真空系统 机械泵、各级分子泵和扩散泵 P = 10-4～10-5 Torr(mmHg) 4. 其他系统 图象显示和记录系统、冷却系统、电源系统 二. 扫描电镜的结构 电子枪与灯丝 钨灯丝电子枪 场发射电子枪 场发射电子枪外观 电子枪与灯丝 六硼化镧灯丝 钨灯丝 场发射灯丝 常用的是热阴极三极电子枪。它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成。 按照偏压方式可分为自偏压和他偏压枪。 自偏压式枪的负高压直接加到栅极上，通过一个自偏压回路（偏压电阻）起到限制和稳定束流的作用。 由于栅极电位比阴极更负，所以自阴极端点引出的等电位面在空间呈弯曲曲面，在阴极和阳极之间的某一地点，电子束会集成一个交叉点，交叉点处电子束直径约几十微米。这就是所谓的电子源，又称为虚光源。 热阴极电子枪 场发射电子枪 灯丝帽 阳极 电子束 V0 电子束 V0 第一阳极 第二阳极 Flashing 电压 V1 V0: 加速电压 V1: 拔出电压 偏压控制器 热场发射枪 冷场发射枪 (～ 6.5kV) 灯丝电流控制器 灯丝 VF=Flashing Voltage V 0 1 V V F CFE “Flashing” Circuit CFE“除气”电路 “Flash” VF=Flashing Voltage V 0 1 V V F CFE “Flashing” Circuit - e - e - e - - e e 热场发射灯丝涂层的消耗 冷场发射 电子枪 钨灯丝枪 (W) 六硼化镧灯丝枪 (LaB6) 肖脱基热场 发射电子枪 2300℃