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第十二章 扫描电子显微镜

第十二章 扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope) 一、工作原理 电子枪发射电子→聚焦成细电子束→在样品表面扫描→激发样品产生各种物理信号→检测物理信号→转换成电信号→同步地调制成显像管电子束的强度→在荧光屏上获得图像 二、构造 扫描电镜由电子光学系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、电源系统、真空系统等部分组成。 1、电子光学系统(镜筒) 由电子枪、电磁聚光镜、光阑、扫描线圈、及样品室等部分组成。 从外形上看,扫描电镜的镜筒与透射电镜的镜筒相似。 相同点: 都有电子枪、电磁透镜、光阑和样品室等部件。 扫描电镜中的电磁透镜不作成像透镜用,而是用作聚光镜,其功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小,一般能够将50μm大小的束斑缩小成只有几个nm大小。 扫描电镜中一般有三个聚光镜,其中,靠近试样的透镜称为物镜。 不同点:扫描电镜中还有一个扫描线圈,也称为偏 转线圈。 作用:使电子束偏转,并在样品表面作有规则的扫 动。通常,要求电子束在样品表面的扫描 动作和显像管上的扫描动作保持严格同步。 扫描电镜电子光学系统的主要作用: 产生束斑细小的电子束,并在偏转线圈的作用 下进行光栅扫描。 2、信号检测放大系统 作用:检测样品在入射电子的作用下产生的各种 物理信号,然后进行视频放大,再作为显 像系统的调制信号。 (1)电子检测器 通常采用闪烁计数器来检测。 主要检测的物理信号是:二次电子、背散射电 子和透射电子等信号。 (2)阴极荧光检测器 阴极荧光检测器由光导管、光电倍增器组成。 (3)X-射线检测器 主要检测特征X-射线。它是由谱仪(波谱仪或能谱仪)以及电信号分析设备组成。 3、图像显示和记录系统 作用:把信号检测系统输出的调制信号,转化为 在阴极射线管荧光屏上显示的扫描图像, 供观察和照相记录。 4、真空系统和电源系统 扫描电镜镜筒内的真空度要求: 1.33×10-2~1.33×10-3Pa。 三、主要性能 1、放大倍数 设镜筒中电子束在样品上的扫描振幅为L, 显像管中电子束在荧光屏上的扫描振幅为 则放大倍数: —荧光屏长度, 常用尺寸为100×100mm L—可调, 比如:L=5 mm,则M=20 L=0.01 mm,则M=10,000 目前的扫描电镜,放大倍数M的范围为20~20万倍。 2、分辩率 resolving power 分辩率指能够清晰分辩的两点间的最小距离d0。 通常用二次电子像的分辩率作为衡量指标,而二次电子像的分辩率大致等于电子束斑直径。 目前,高性能扫描电镜分辩率可达3nm(30A°)水平。 3、景深 Ff—景深 d0—分辩率 β—扫描电子束发散度 结论: β↓→Ff↑ 扫描电镜的景深一般为100μm左右。(而光学显微镜的景深为1~2μm) d0↑→Ff↑ 四、样品制备 ①导电性材料,只有尺寸要求,一般金相试样即可。 ②导电性差或绝缘材料,则要求进行喷镀导电层处理,一般是喷镀Au、Ag,或真空沉积碳。 ③样品无油污、无腐蚀 五、工作方式 (1)发射方式 发射方式以二次电子为调制信号,主要显示形貌细节。这种方式分辩率最高,一般为5~10nm。 (2)反射方式 以背散射电子为调制信号。分辩率较低,一般为50~200nm。这种工作方式主要用来显示元素的分布状态。 (3)X-射线方式 以特征X-ray为调制信号。主要用于分析成分。习惯上称为电子探针。 透射方式:以透射电子为调制信号,可以得到扫描透射电子像。——称为扫描透射电子显微镜。可以进行形貌观察、结构分析和成分分析。 俄歇谱仪:以俄歇电子为调制信号,可以进行表层成分分析。 六、成像原理及应用 透射电镜的成像原理

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