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4. 扫描电镜应用实例 断口形貌分析 纳米材料形貌分析 在微电子工业方面的应用 第29页，共58页，编辑于2022年，星期日 　典型的功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均沿晶界发生，有晶粒拔出现象，晶粒表面光滑，还可以看到明显的晶界相。 4.1 断口形貌分析 第30页，共58页，编辑于2022年，星期日 ZnO纳米线的二次电子图像 多孔氧化铝模板制备的金纳米线的形貌（a）低倍像（b）高倍像 4.2纳米材料形貌分析 第31页，共58页，编辑于2022年，星期日 粉体形貌观察 α—Al203团聚体(a)和 团聚体内部的一次粒子结构形态(b) (a) 300×　　　　　　　　　 (b) 6000× 第32页，共58页，编辑于2022年，星期日 （a）芯片导线的表面形貌图， （b）CCD相机的光电二极管剖面图。 4.3 在微电子工业方面的应用 第33页，共58页，编辑于2022年，星期日 SEM与TEM的主要区别 ★在原理上 SEM不是用透射电子成像，而是用二次电子加背景散射电子成像。 ★在仪器构造上 光源、真空系统相似，检测系统完全不同。 第34页，共58页，编辑于2022年，星期日 第35页，共58页，编辑于2022年，星期日 本节重点 扫描电镜的工作原理 扫描电镜衬度像（ 二次电子像、背散射电子像） 第36页，共58页，编辑于2022年，星期日 SEM+(WDS+EDS) 第37页，共58页，编辑于2022年，星期日 2. X 射线谱仪 　　X射线谱仪的的作用是测量电子与试样相互作用产生的X 射线波长和强度。 X射线谱仪分为二类:波长色散谱仪(WDS) 能量色散谱仪(EDS) 分析处理 显示并转换为数据 X-射线探测器 探测X射线信号并转换为电信号 脉冲处理器 测量电子信号并确定所接收到X射线的能量 第38页，共58页，编辑于2022年，星期日 第39页，共58页，编辑于2022年，星期日 众所周知，X射线是一种电磁辐射，具有波粒二象性， 因此可以用二种方式对它进行描述。如果把它视为连续的电磁波，那么特征X 射线就能看成具有固定波长的电磁波，不同元素就对应不同的特征X 射线波长。 　　从试样激发的X射线,选用已知晶面间距d的合适晶体分光，波长不同的特征X射线将有不同的衍射角2θ，就可以求出其波长λ，根据以上原理制成的谱仪称为波长色散谱仪(WDS)。波长和原子序数之间的关系符合莫塞莱定律： （a）波长色散谱仪利用单晶对X射线的衍射来测量波长 K和σ是常数 第40页，共58页，编辑于2022年，星期日 X 射线分光原理 以R为半径的圆称为罗兰圆 Rowlend 圆，也称聚焦圆(对X射线聚焦)。电子束入射到样品S 表面时，会产生反应样品成分的特征X 射线，特征X 射线经晶体分光聚焦后，被X 射线计数管接收。 用X射线波长色散谱仪(WDS)测量电子激发样品所产生的特征X 射线波长的种类， 即可确定样品中所存在元素的种类，这就是定性分析的基本原理 不同X射线入射到晶体上，就会产生衍射 根据Bragg公式： 第41页，共58页，编辑于2022年，星期日 第1页，共58页，编辑于2022年，星期日 History of SEM 1935： 德国的Knoll卡诺尔提出扫描电镜的设计思想和工作原理。 1942： 剑桥大学的马伦首次制成世界第一台扫描电镜。 第2页，共58页，编辑于2022年，星期日 Features of SEM 广泛的放大倍率 第3页，共58页，编辑于2022年，星期日 1.扫描电子显微镜的构造 第4页，共58页，编辑于2022年，星期日 2．扫描电子显微镜的工作原理 第5页，共58页，编辑于2022年，星期日 2．扫描电子显微镜的工作原理 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒 由电子枪发射的能量为5～35keV的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生随试样表面形貌而变化物理信号（二次电子、背散射电子或吸收电子等，二次电子是最主要的成像信号），这些电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的特征电子图像。 第6页，共58页，编辑于2022年，星期日 扫描电镜的主要结构 电子光学系统 获得扫描电子束，作为信号的激发源。为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径 电子枪1.热发射电子枪：W丝阴极：20-50u