第一章_电镜的基本原理 扫描电镜.ppt

工作原理：从电子枪发射出来的电子束，经两级聚束镜、偏转线圈和物镜射到试样上。由于高能电子束与试样物质的交互作用，结果产生了各种信号。其中最重要的是二次电子，这些信号被相应的接受器接受，经放大器放大后，送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的偏转线圈上的电流同步，因此试样表面任意点发射的信号与显像管荧光屏上相应的亮度一一对应。即电子束打到试样上一点时，在显像管荧光屏上出现一个亮度。而我们所要观察试样一定区域的特征，扫描电镜则是采用逐点成像的图像分解法显示出来的。 图像为立体形象，反映了标本的表面结构。如样品为非金属不导电材料，为了使样本表面发射出次级电子，样本表面要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。 扫描电镜像的放大倍率(M)由屏的大小(某边长乚)与电子束在样品上扫描区域的大小(对应边长l)的比例决定：M=l/L。通常显像管屏的大小是固定的，而电子束扫描区域大小很容易通过改变偏转线圈的交变电流的大小来控制。因此扫描电镜的放大倍数很容易从几倍一直达到几十万倍，而且可以连续地迅速地改变，这相当于从放大镜到透射电镜的放大范围。这是扫描电镜的一大优点。 衬度 像的衬度就是像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。 SEM可以通过样品上方的电子检测器检测到具有不同能量的信号电子有背散射电子、二次电子、吸收电子、俄歇电子等。 其中最重要的有二次电子像衬度和背散射电子电子像衬度。 1．二次电子像衬度及特点 二次电子信号主要来自样品表层5~10nm深度范围，能量较低(小于50eV)。 影响二次电子产额的因素主要有： (1)二次电子能谱特性； (2)入射电子的能量； (3)材料的原子序数； (4)样品倾斜角?。 二次电子像的衬度可以分为以下几类： (1)形貌衬度 (2)成分衬度 (3)电压衬度 右图为形貌衬度原理 二次电子像衬度的特点： （1）分辨率高 （2）景深大，立体感强 （3）主要反应形貌衬度。 2．背散射电子像衬度及特点 影响背散射电子产额的因素有： (1)原子序数Z (2)入射电子能量E0 (3)样品倾斜角? 图22-6 背散射系数与原子序数的关系 背散射电子衬度有以下几类： (1)成分衬度 (2)形貌衬度 背散射电子像的衬度特点： （1）分辩率低 （2）背散射电子检测效率低，衬度小 （3）主要反应原子序数衬度 二次电子运动轨迹 背散射电子运动轨迹 图 二次电子和背散射电子的运动轨迹 应用 1．断口形貌观察 2．显微组织观察 3．其它应用（背散射电子衍射花样、电子通道花样等用于晶体学取向测定） 六、扫描电镜的观察条件 加速电压效应： 物镜光栏的选择： 工作距离的选择： 聚光镜电流的选择: 七、扫描电子显微镜图像异常 异常反差。由于荷电效应，二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，另一部分暗 扫描电子显微镜图像产生缺陷的原因 荷电效应： 当入射电子作用于样品时，从样品上会发出二次电子、背散射电子和俄歇电子(假定电子不能穿透样品而无透射电子)。但主要是二次电子，它的数量远大于后两者，如果样品不导电(生物样品一般不导电)，此时样品会因吸收电子而带负电。就会产生一个静电场干扰入射电子束和二次电子发射，并且当电荷积累到一定程度会发生放电，这些会对图像产生严重影响——此称荷电效应，荷电效应对图像会产生一系列的影响： 边缘效应: 在样品表面凹凸变化大的边缘区域，散射区域与样品表面接近的面积异常增大，结果使边缘区域二次电子发射异常地增加。在图像中这些区域特别亮，造成不自然的反差，这称为“边缘效应”。 污染: 污染主要是镜筒真空中油和脂的蒸气等碳氢化合物和残存的水蒸气，在电子束的作用下而分解，碳等物质聚积在电子照射的部位而引起的。结果造成： 由于污染物的覆盖，使样品表面精细结构被遮蔽，从而使分辨率下降。 由于污染覆盖物的二次电子发射率低，使二次电子发射数目下降，从而造成污染区变暗。 当然，污染物同样也会污染镜筒使像散增加，从而使扫描电镜分辨率下降。 解决污染的方法有： 改善电镜真空，减少真空中的油、脂的蒸气和水蒸气。 快速观察，在污染还不严重时完成观察和记录。 如果被污染区域的图像质量显著下降，应更换观察区域或更换样品。 损伤： 扫描电镜观察时，样品可能受到的损伤有：①真空损伤；②电子束损伤。生物样品从大气中放入真空中时，就会产生真空损伤，主要是由于样品干燥引起的。电子束损伤是由于入射电子的能量引起的。由于电子束照射引起样品照