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第三部分-02-SEM
第九章 扫描电子显微镜 电子束与物质相互作用扫描电镜结构样品制备实例分析一 扫描电子显微镜发展简史德国Knoll提出SEM概念Von Ardenne 在TEM加了扫描线圈-STEM Oatley制作第一台SEM,分辨率50nmSEM分辨率10nm第一台商业化SEM Mark I Steroscan可变气压SEM?1935年?1938年?1952年?1959年?1965年?1978年?。。。。。。扫描电子显微镜(SEM)Phenom飞纳电镜?二 电子束与固体样品相互作用电子束与固体样品作用时产生的信号6种入射电子轰击样品产生的物理信号入射电子轰击样品产生的物理信号1. 二次电子(1)产生:入射电子束轰击出来并离开样品表面的样品中的核外电子。(2)特点:1) 能量较低(50eV);2)一般在表层5~10nm深度范围内发射出来,对样品表面形貌非常敏感。(3)作用:样品表面形貌分析。2. 背散射电子(1) 产生:背散射电子是被固体样品中原子反弹回来的一部分入射电子。 包括:弹性背散射电子——被样品中原子核反弹回来的入 射电子,能量基本没有损失,能量很高。 非弹性背散射电子——被样品中核外电子撞击后产生非弹性散射的入射电子,方向和能量均发生改变,经多次散射后仍能反弹出样品表面的入射电子。(2) 特点:背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围, 其产额能随样品原子序数的增大而增多。(3) 作用: 不仅能做形貌分析,还可定性作成分分析。3.特征X射线(1) 产生: 当入射电子的能量足够大,使样品原子的内层电子发或电离,此时外层电子向内层跃迁以填补内层电子的空位,从而辐射出具有原子序数特征的特征X射线。(2)特点:反映了样品中原子序数特征(3)应用: 能谱,微区成分分析(元素)。特征X射线发射4.吸收电子(1)产生:入射电子多次非弹性散射后能量消失,最后被样 品吸收。(2)特点: 样品中原子序数较大的元素产生的背散射电子的数目较多,相反,吸收电子的数量就较少;反之亦然。因此,吸收电子也可反映原子序数衬度,可进行定性微区成分分析。(3) 作用:定性微区成分析。5.透射电子(1) 产生:如果被分析的样品很薄,则有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。(2) 特点:①只有样品的厚度小于入射电子的有效穿入深度时, 才会产生。②随样品厚度增加(质量厚度),透射电子数目减小,吸收电子数量增加,当样品厚度超过有效穿透深度后,无透射电子。(3)作用:配合电子能量分析器来进行微区成分分析。6.俄歇电子(1) 产生:(2)特征:⑴ 能量很低(50-1500eV),并且具有反映原子序数的特征能量;⑵ 只有距离表面1nm左右范围内逸出的俄歇电子才具备特征能量。(3) 作用:表面层成分分析。各种信号来自样品表面的深度范围 (nm)信 号俄歇电子二次电子背散射电子吸收电子特征X射线深度范围nm0.5~25~1050~200100~1000100~1000产生俄歇电子的样品深度最小, 其次为二次电子,吸收电子和特征X射线产生的样品深度范围最大。二 扫描电子显微镜基本结构与原理Light vs Electron Microscope扫描电子显微镜构造及工作原理构造:电子光学系统、信号收集处理、图像显示和记录系统、真空系统扫描电镜工作原理?电子枪产生电子束;?电子束经电磁透镜会聚;?扫描线圈操纵电子束在样品表面扫描;?信号探测、转换、显示;扫描电子显微镜结构原理框图一. 电子光学系统(镜筒)1. 电子枪功能:发射电子并加速,加速电压低于TEM。光源和图像对比FEGW 2. 电磁透镜 功能:只作为聚光镜,而不能放大成像。构成:由三级聚光镜构成,缩小电子束光斑。照射到样品上的电子束直径决定了其分辨率。3. 扫描线圈⑴ 作用:使电子束偏转,并在样品表面作有规则的扫动。电子束在样品表面上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步。⑵ 扫描方式:光栅扫描:表面形貌分析。角光栅(摇摆)扫描:电子通道花样分析a) 光栅扫描 b) 角光栅扫描4. 样品室作用:放置样品,安置信号探测器特点:①能容纳较大的试样,并在三维空间进行移动、倾斜和旋转;②带有多种附件:加热、冷却、机械性能试验--动态原位观察。二. 信号的收集、图像显示和记录系统S E M 探测器三. 真空系统真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作, 防止样品污染、极间放电等问题,一般情况下要求保持10-4-10-5Torr的真空度。三 扫描电子显微镜的主要性能特点一.分辨率(resolution)二.放大倍数(magnification)三.景深(depth of field/depth of focus)一.分辨率(resolution)? 分辨率是扫描电子显微镜主要性能指标。? 电子束直径愈小,分辨率愈高。? 但分
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