扫描电镜原理研究.ppt

扫描电镜的原理及应用 一. 扫描电镜基本原理 扫描电子显微镜的成像原理： 是以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦高能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的。 早在1935年，德国的Knoll就提出了扫描电镜的工作原理。 1938年，Von Ardenne 开始进行实验研究。 1942年，Zworykin、Hill 制成了第一台实验室用的扫描电镜，但真正作为商品，那是1965年的事。 70年代开始，扫描电镜的性能突然提高很多，其分辨率优于20nm，才广泛地被应用。 1、扫描电镜的构造和工作原理（1） 1、扫描电镜的构造和工作原理（2） 2、电子与固体作用产生的信号 3、成像原理及信号采集及应用（1） (1)表面形貌衬度原理：利用二次电子特性进行成像，二次电子数量和原子序数无明显的关系，但对微区表面的几何形状十分敏感。 3、成像原理、信号采集及应用（2） 二次电子形貌衬度的形成原理： 3、成像原理、信号采集及应用（3） 电子检测器：它由闪烁体、光电管、光电倍增器组成。 3、成像原理、信号采集及应用（4） 4、成像原理、信号采集及应用（5） 4、成像原理、信号采集及应用（6） 二. 电子探针显微分析仪基本原理 电子探针(EPMA)：它是在电子光学和 X 射线光谱学原理的基础上 发展起来的一种高效率、综合分析的仪器。 功能：在观察微观形貌的同时，进行微区成分分析。 原理：是用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征 X 射线，①分析特征 X 射线的波长（或特征能量），可对样品中所含 元素的种类进行定性分析；②分析 X 射线的强度，则可对应元素含 量进行定量分析。 构造：主机部分与 SEM 相同，只增加了检测X射线的信号的谱仪， 用于检测X射线的特征波长或特征能量。 1、电子探针显微分析仪的工作原理（1） 1、电子探针显微分析仪的工作原理（3） 当入射电子激发样品原子的内层电子，使原子处于能量较高的电离或激发 态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而释放出具有 特征能量和波长的X射线。 2、能量分散谱仪(EDS)的工作原理及构造（1） (1)基本工作原理： 当电子束轰击样品时，在作用体积内激发出特征X射线，各种元素 具有各自的X射线特征波长。 特征波长的大小：则取决于能级跃迁过程中释放出的特征能量ΔE。 能谱仪：就是利用不同元素发射的X射线光子特征能量不同这一特 点来进行成分分析的。 X射线能量检测器：目前最常用的锂漂移硅固态X射线能量探测器， 即 Si（Li）检测器 。它是能谱仪的关键部件。 2、能量分散谱仪(EDS)的工作原理及构造（2） (2)能量分散谱仪工作原理： 3、电子探针能谱仪的分析方法及应用（1） 3、电子探针能谱仪的分析方法及应用（2） 3、电子探针能谱仪的分析方法及应用（3） * * 1 扫描电镜结构原理方框图 扫描电镜构造： 1. 电子光学系统； 2. 信号收集处理、图像显 示和记录系统； 3. 真空系统； 4. 电气系统 四个基本部分组成。 2 基本工作原理： 扫描电镜结构原理方框图 3 通过对电子枪内的钨灯丝加-20KV的高电压，使电子枪处于热激发状态，在阳极的作用下，处于热激发状态的电子枪就可以激发出电子束，这个电子束就是光源。但是刚刚激发出的电子束束斑比较粗，大概7-10微米左右，不利于清晰成像，因此，有必要对该电子束进行细化，这就是要在样品与电子枪之间加3级“聚光镜”，我们这里的“聚光镜”不是光学中应用的棱镜，而是一对对的电磁透镜，因为，在真空状态下，磁场中高速运行的电子束会发生偏转，我们利用这个原理对电子束进行“聚焦”约束。三个电磁透镜中的前两个是强磁透镜，可起到把电子束光斑缩小的作用，而第三个非对称磁场为弱磁透镜，它起到的作用是延长焦距。布置这个末级透镜（习惯上成为物镜）的目的在于使样品和透镜之间留有一定的空间，以便装入各种信号探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元尺寸越小，相应的分辨率就越高。采用普通的热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径可进一步缩小。在扫描线圈作用下，在样品表面扫 描，激发出各种物理信号， 其强度随样品表面特征而变 化。通过检测器检测信号， 并经放大，调制图像。 4 背散射电子：入射电子束被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 弹性背散射电子,散射角度大于90度的那些入射电子，其能量基本上或者几乎没有损失。能量可达到数万电子伏。 非弹性背散射电子,入射电子与样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向发生改变，能量也有