扫描电镜SEM 扫面电镜成像原理.ppt

特点 仪器分辨本领较高。二次电子像分辨本领可达1.0nm(场发射),3.0nm(钨灯丝)； 仪器放大倍数变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调； 图像景深大，富有立体感。可直接观察起伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）； 试样制备简单。块状或粉末的试样不加处理或稍加处理，就可直接放到SEM中进行观察,比透射电子显微镜（TEM）的制样简单。 SEM 扫描电镜一般有三个聚光镜： 前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。 第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁场对电子轨迹的干扰。 例如在放大倍数是500倍时，焦深可达1000μm。 因而对于复杂而粗糙的样品表面，仍然可得清晰聚焦的图像。并且图像立体感强，易于分析 . 表面形貌衬度 由于二次电子信号主要来自样品表层5-l0 nm深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，适用于显示形貌衬度。 入射电子束与试样表面法线间夹角愈大，二次电子产额愈大 ． 表面形貌衬度的应用 基于二次电子像（表面形貌衬度）的分辨率比较高且不易形成阴影等诸多优点，使其成为扫描电镜应用最广的一种方式，尤其在失效工件的断口检测、磨损表面观察以及各种材料形貌特征观察上，已成为目前最方便、最有效的手段。 1．材料表面形态（组织）观察 2．断口形貌观察 2．断口形貌观察 3．磨损表面形貌观察 4．纳米结构材料形态观察 5．生物样品的形貌观察  导电层一般是二次电子发射系数比较高的金、银、碳和铝等真空蒸镀层。 在某些情况下扫描电镜也可采用复型样品。 背散射电子信号对表面形貌的变化不那么敏感，分辨率不如二次电子像高，信号强度低。 （2） 原子序数衬度 原子序数衬度又称为化学成分衬度，它是利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种显示微区化学成分差别的像衬度。 　　这些信号主要有背散射电子、吸收电子和特征X射线等。 (1) 背散射电子像衬度 样品表面上平均原子 序数较高的区域，产生较强的信号，在背散射电子像上显示较亮的衬度。 背散射电子产率 二次电子产率 (2) 吸收电子像衬度 η+δ+α=1 　　η：背散射，δ：二次　α：吸收 　　因此可以认为，样品表面平均原子序数大的微区，背散射电子信号强度较高，而吸收电子信号强度较低，两者衬度正好相反。  背散射电子像 吸收电子像 奥氏体铸铁的显微结构 在背散射电子像上的石墨条呈现暗的衬度， 而在吸收电子像上呈现亮的衬度。 * * 扫描电镜 SEM SEM的特点 SEM成像的物理信号 SEM的构造与工作原理 SEM的主要性能 SEM像衬度 SEM样品制备 扫描电镜的成像原理，和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。 SEM的特点 SEM成像的物理信号 SEM的构造与工作原理 SEM的主要性能 SEM像衬度 SEM样品制备 背散射电子  它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子。又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子的能量比较高，其约等于入射电子能量 E0。 二次电子 它是被入射电子轰击出来的样品核外电子，又称为次级电子。二次电子的能量比较低，一般小于50eV； 吸收电子 是随着与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力不断降低以致最后被样品所吸收的入射电子。 电子在铜中的透射、吸收和背散射系数的关系 由图知，样品质量厚度越大，则透射系数越小，而吸收系数越大；样品背散射系数和二次电子发射系数的和也越大，但达一定值时保持定值。 透射 吸收 背散射+二次电子 SEM的特点 SEM成像的物理信号 SEM的构造与工作原理 SEM的主要性能 SEM像衬度 SEM样品制备 扫描电镜的构造 由五个系统组成(1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统(3)信号收集和图像显示系统(4)真空系统(5)电源系统 电子枪发射的电子束 经过2-3个电磁透镜聚焦 信号强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管。 在样品表面按顺序逐行 扫描，激发样品产生各种物理信号:二次电子、背散射电子、吸收电子等。 (1)电子光学系统（镜筒） 由电子枪、聚光镜、物镜和样品室 等部件组成。 (2) 扫描系统  扫描系统由扫描发生器和扫描线圈组成。它的作用是： 1) 使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管电子束在荧光屏上作同步扫描；