扫描电子显微镜(SEM)剖析.ppt

原子与原子之间的距离与彼此之间能量的大小也符合Lennard –Jones公式： 括号中前一项表示系统能量升高，说明原子间存在排斥作用，后一项表示系统能量降低，表示吸引作用。 原子力显微镜的系统就是利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面之物理特性。所以在原子力显微镜中也利用斥力与吸引力的方式发展出两种操作模式： ???????（1）利用原子斥力的变化而产生表面轮廓为接触式原子力显微镜（contact AFM），探针与试片的距离约数个?。 ???????（2）利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓为非接触式原子力显微镜（non-contact AFM），探针与试片的距离约数十到数百?。 AFM 图像 CD表面：沟槽深度 ~ 150 nm, 线宽度 ~ 2.5 mm, 音轨间距 ~ 2.5 mm 神经网络中的海马突 （Hippocampus）: 15 x 15 mm * * probability of tunneling at energy Ez (perp toward the barrier) fermi occupation at energy E on the left – fermi occupation at energy E+eV on the right gains energy eV for typical metals, a 2% variation in current (at separation of d~5A), d is constant to 0.01A lateral resolution ~1A since exp(-2kd) means current only to center atom Note, STM doesn’t measure physical topography, but rather surfaces of constant tunneling probability: senses the number of filled or unfilled electron states near the Fermi surface electronic distribution ? previous spectrometers average electronic distribution over many sites – now local information (for defects etc). * distortion is due to piezoelectric creep, hysteris and thermal drifts * the tip digs trenches or builds hills by approaching the sample or applying a voltage pulse across 光学显微镜 和透射电子显微镜（TEM） （Transmision Electronic Microscopy） 光路图比较 光源 中间象 物镜 试样 聚光镜 目镜 毛玻璃 电子枪 聚光镜 试样 物镜 中间象 投影镜 观察屏 照相底板 照相底板 扫描电子显微镜（SEM）Scanning Electron Microscope 各种信号成像的分辨率（nm） 扫描电子显微镜的成像原理与透射电子显微镜完全不同，它不用电磁透镜放大成像，而是以类似电视摄影显像的方式，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来调制成像。当扫描电子显微镜与其它分析仪器相组合后，就可以在同一台仪器上进行形貌、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。 信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X射线 俄歇电子 分辨率 5 ~ 10 50 ~ 200 100 ~ 1000 100 ~ 1000 5 ~ 10 电子与样品相互作用产生的各种信息 各种信息的作用深度 二次电子成像原理图 二次电子形貌像示意图 二次电子检测器示意图 二次电子和背散射电子的运动路线 原子序数和背散射电子产额之间的关系曲线 背散射电子检测器示意图 背散射电子成份像和形貌像的分离 场发射式电子枪比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度高出10 ~ 100倍，同时电子能量散布仅为0.2 - 0.3eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达1nm以下。 场发射电子枪可细分成三种： 冷场发射式(cold field emission , FE) 热场发射式(thermal field emissio