SEM扫描电子显微镜课件.ppt

* SEM * 一、背散射电子成像 在原子序数Z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。 原子序数衬度原理 原子序数对背散射电子产额的影响 * SEM * 一、背散射电子成像 因此，在进行分析时，样品上原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多，故荧光屏上的图像较亮。 利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而轻元素区域则为暗区 原子序数衬度原理 * SEM * 一、背散射电子成像 ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背散射电子成分像，1000× 由于ZrO2相平均原子序数远高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石－斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。 * SEM * 二、吸收电子成像 吸收电子的产额与背散射电子相反，样品的原子序数越小，背散射电子越少．吸收电子越多，反之样品的原子序数越大，则背散射电子越多，吸收电子越少。 因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次电子像的衬度互补的。背散射电子图像上的亮区在相应的吸收电子图像上必定是暗区。 * SEM * 二、吸收电子成像 铁素体基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像 背散射电子像，黑色团状物为石墨 吸收电子像，白色团状物为石墨 * SEM * 扫描电镜的主要特点 分辨率高 放大倍率高（M=Ac/As） 景深D大（Ds≈ 2ΔR0/β） 保真度好 样品制备简单 * SEM * 一、分辨率高 扫描电子显微镜分辨率的高低和检测信号的种类有关。主要信号的分辨率如下表： 信号 二次电子 背散射电子 俄歇电子 吸收电子 特征X射线 分辨率 nm 5~10 50~200 5~10 100~1000 100~1000 * SEM * 　　 由左图知，俄歇电子和二次电子因其本身能量较低以及平均自由程很短，只能在样品的浅层表面内逸出，在一段情况下能激发出俄歇电子的样品表层厚度约为0.5-2nm，激发二次电子的层深为5-10nm范围。 入射电子束进入浅层表面时，尚未向横向扩展开来，因此,俄歇电子和二次电子只能在一个和入射电子束斑直径相当的圆住体内被激发出来。 因为束斑直径就是一个成像检测单元(像点)的大小，所以这两种电子的分辨率就 相当子束斑的直径。约为5-10nm。 电子束的滴状作用体积示意图 * SEM * 　　 当入射电子束进入样品较深部位时，横向扩展的范围变大，从这个范围中激发出来的背散射电子能量很高，它们可以从样品的较探部位处弹射出表面，横向扩展后的作用体积大小就是背散射电子的成像单元，从而使它的分辨率大为降低。 入射电子束还可以在样品更深的部位激发出特征X射线来。X射线的作用体积变得更大，因此，若用X射线调制成像，它的分辨率比背散射电子更低。 所谓扫描电子显微镜的分辨 率，即二次电子像的分辨率。 电子束的滴状作用体积示意图 * SEM * 　　 不同能量的电子束在样品中的作用模拟图 * SEM * 　　 电子束在不同样品中的作用模拟图 * SEM * 　　 但是，当电子束射入重元素样品中时，作用体积不呈滴状，而是半球状。电子束进入表面后立即向横向扩展，因此在分析重元素时，即使电子束的束斑很细小，也不能达到较高的分辨率。此时，二次电子的分辨率和背散射电子的分辨宰之间的差距明显变小。 由此可见，在其它条件相同的情况下(如信号噪音比、磁场条件及机械振动等)，电子束的束斑大小、检测信号的类型以及检测部位的原子序数是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素。 * SEM * 目前用W灯丝的SEM，分辨率已达到3nm-6nm, 场发射源SEM分辨率可达到1nm 。 高分辨率的电子束直径要小，分辨率与电子束直径近似相等。 * SEM * 二、放大倍数高 当入射电子束作光栅扫描时，若电子束在样品表面扫描的幅度为As，相应地在荧光屏上阴极射线同步扫描的幅度是Ac。则： 放大倍数= Ac /As 。 由于显微镜的荧光屏尺寸是固定不变，电子束在样品上扫描一个任意面积的矩形时，在阴极射线管上看到的扫描图像大小都会和荧光屏尺寸相同。因此我们只要减小镜筒中电子束的扫描幅度，就可以得到高的放大倍数，反之，放大倍数就减小。 例如荧光屏的宽度Ac ＝100mm时，电子束在样品表面扫描幅度As =0.005mm(5μm)，放大倍数为20000倍。 * SEM * 　　从几十放大到几十万倍，连续可调。放大倍率不是越大越好，要根据有效放大倍率和分析样品的需要进行选择。如果放大倍率为M，人眼分辨率为0.2mm，仪器分辨率为5nm，则有效放大率M＝0.2?106nm?5nm=40000（倍）。如果选择高于40000倍的放