扫描电镜韩超

1、扫描电子显微镜扫描电子显微镜 SEM (scanning electron microscope)1韩超韩超扫描电子显微镜扫描电子显微镜 1 1、工作原理、工作原理 2 2、系统组成系统组成 3 3、样品制备、样品制备 4 4、操作步骤、操作步骤 5 5、注意事项注意事项 6 6、SEM SEM 应用应用41 1、工作原理、工作原理 SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的入射角有关，也就是说与样品的表面结构表面结构有关，有关

2、，次级次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了图像为立体形象，反映了标本标本的表面结构。为了使标的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出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次级电子信号 。5次级

3、电子的多少与电子束次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关样品的表面结构有关2 2、系统组成系统组成8 (1) (1) 电子光学系统（镜筒）电子光学系统（镜筒）(2) (2) 扫描系统扫描系统 (3) (3) 信号收集系统信号收集系统(4) (4) 图像显示和记录系统图像显示和记录系统(5) (5) 真空系统真空系统 (6) (6) 电源系统电源系统（1 1）电子光学系统（镜筒）电子光学系统（镜筒） 由由电子枪电子枪、聚光镜聚光镜、物镜物镜和和样品室样品室等部等部件组成。它的作用是将来自电子枪的电件组成。它的作用是将来自电子枪的电子束聚焦成亮度高、直

4、径小的入射束子束聚焦成亮度高、直径小的入射束( (直直径一般为径一般为10nm10nm或更小或更小) )来轰击样品，使样来轰击样品，使样品产生各种物理信号。品产生各种物理信号。9气动气锁阀（2 2） 扫描系统扫描系统 扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1) 使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管电子束在荧光屏上作同步扫描；2) 改变入射束在样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍数12(3) (3) 信号收集系统信号收集系统 扫描电镜应用的物理信号可分为： 1) 电子信号，包括二次电子、背散射电子、透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表测，其

5、他电子信号用电子收集器（最常用）； 2) 特征X射线信号，用X射线谱仪检测；3) 可见光讯号（阴极荧光），用可见光收集器。13(4)(4)图像显示和记录系统图像显示和记录系统 这一系统的作用这一系统的作用是将信号收集器输出的是将信号收集器输出的信号成比例地转换为阴极射线显像管电信号成比例地转换为阴极射线显像管电子束强度的变化，这样就在荧光屏上得子束强度的变化，这样就在荧光屏上得到一幅与样品扫描点产生的某一种物理到一幅与样品扫描点产生的某一种物理讯号成正比例的亮度变化的扫描像讯号成正比例的亮度变化的扫描像，同，同时用照相方式记录下来，或用数字化形时用照相方式记录下来，或用数字化形式存储于计算机中

6、。式存储于计算机中。15(5)(5)真空系统真空系统 真空系统主要包括真空系统主要包括真空泵真空泵和和真空柱真空柱两部分。真空柱是两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。一个密封的柱形容器。 真空泵用来在真空柱内产生真真空泵用来在真空柱内产生真空。空。 成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端即为密封室，用于放置样品柱底端即为密封室，用于放置样品。 之所以要用真空，主要基于以下两点原因之所以要用真空，主要基于以下两点原因 ： 1、电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用失效，所以除了在

7、使用SEM时需要用真空以外，平时时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱 2、为了增大电子的为了增大电子的平均自由度平均自由度16(6)(6)电源系统电源系统 电源系统由稳压，稳流及相应的安电源系统由稳压，稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描全保护电路所组成，其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。电镜各部分所需的电源。17a电子电子光学光学系统系统扫描系扫描系统统信号收集系信号收集系统统图像显图像显示和记示和记录系统录系统电子枪发射的电子束电子枪发射的电子束经过经过3 3个电磁透镜聚焦个电磁透镜聚焦信号强度随样品表面特信号强

8、度随样品表面特征而变。它们分别被相征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管放大后，送到显像管。 在样品表面按顺序逐行在样品表面按顺序逐行扫描，激发样品产生各种扫描，激发样品产生各种物理信号物理信号: :二次电子、背二次电子、背散射电子、特征散射电子、特征X X射线等。射线等。3、样品制备、样品制备 电镜样品制备的电镜样品制备的两个原则两个原则 a、样品清洁干燥、且在真空中稳定、样品清洁干燥、且在真空中稳定 b、样品导电或与样品台能够形成回路、样品导电或与样品台能够形成回路20绝缘绝缘/ /弱导电样品的制备弱导电样品的

9、制备 对于绝缘体或导电性差的材料来说，则对于绝缘体或导电性差的材料来说，则需要预先在分析表面上镀一层厚度约需要预先在分析表面上镀一层厚度约101020 20 nmnm的导电层的导电层。否则，在电子束照射到该样品。否则，在电子束照射到该样品上时，会形成电子堆积，阻挡入射电子束进上时，会形成电子堆积，阻挡入射电子束进入和样品内电子射出样品表面。入和样品内电子射出样品表面。21试样的清洁干燥试样的清洁干燥 含有水分的试样应先烘干除去水分含有水分的试样应先烘干除去水分。表面受表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下进行适当清洗，然后烘干下进行适当清洗

10、，然后烘干。可用酒精或丙酮在。可用酒精或丙酮在超声波清洗仪里清洗后吹干超声波清洗仪里清洗后吹干 。试样的尺寸试样的尺寸 样品尽量的小，最大不能超出样品台边缘，样品尽量的小，最大不能超出样品台边缘，高度以高度以10mm10mm以下以下为宜。为宜。导电样品的制备导电样品的制备 块状导电材料，除了大小要适合仪器样品块状导电材料，除了大小要适合仪器样品座尺寸外样品需座尺寸外样品需清洁干燥、试样底部平整便于清洁干燥、试样底部平整便于平稳的粘贴在样品台上平稳的粘贴在样品台上。粉末样品的制备粉末样品的制备 先将导电胶或双面胶纸粘结在样品座上，先将导电胶或双面胶纸粘结在样品座上，再均匀地把粉末样撒在上面，用吸

11、耳球吹去未再均匀地把粉末样撒在上面，用吸耳球吹去未粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜上观察。上观察。224、操作步骤、操作步骤231）启动系统）启动系统2）中间换样品）中间换样品3）测试样品）测试样品4） 结束程序结束程序具体的操作，在具体的操作，在实际操作时更容实际操作时更容易理解，在此不易理解，在此不再给大家详细讲再给大家详细讲述。述。1） 启动系统启动系统 1 1打开计算机，登陆用户帐号打开计算机，登陆用户帐号operateroperater，输入密码，输入密码semsem； 2 2打开桌面上的软件打开桌面上的软件SS-550”, SS-55

12、0”, 打开菜单打开菜单filefile单击单击onlineonline，出现对话框出现对话框“do you want to initialize the stage”,“do you want to initialize the stage”,单单击击“yes”“yes”； 3 3单击控制面板中的单击控制面板中的positionposition，选择，选择“Z-WDZ-WD”； 4 4加高压加高压 单击控制面板上的单击控制面板上的settingsetting，单击其中的，单击其中的gun settinggun setting，选择，选择auto saturating beam on auto

13、 saturating beam on 和和current downcurrent down，用鼠标将，用鼠标将filament currentfilament current划键拖回零点，划键拖回零点，再点击再点击atuo saturation atuo saturation nownow；24255 5 合轴合轴（1 1）选择）选择gun settinggun setting，单击，单击alignmentalignment，选择，选择emission emission patternpattern，单击工具条上的，单击工具条上的十字按钮，十字按钮，调节椭圆光斑的亮度调节椭圆光斑的亮度和对比

14、度。和对比度。 如果椭圆光斑亮度不均，则用鼠标将如果椭圆光斑亮度不均，则用鼠标将filament filament currentcurrent值微调增大至均匀，点值微调增大至均匀，点击击memorize limit,memorize limit,进行下进行下一步操作。（注：一步操作。（注：filament currentfilament current值变化不能超过值变化不能超过0.15v0.15v）（2 2）单击）单击tilttilt按钮，用鼠标左键按住光斑中心将其拖至调按钮，用鼠标左键按住光斑中心将其拖至调至十字型中心；至十字型中心；（3 3）选择）选择trans patterntran

15、s pattern，单击，单击transtrans按钮，用同样方法将按钮，用同样方法将光斑中心调至十字型中心。光斑中心调至十字型中心。（4 4）重复步骤（）重复步骤（1 1）、（）、（2 2）、（）、（3 3），直至光斑中心在），直至光斑中心在emission patternemission pattern和和trans patterntrans pattern状态下都处于十字型中状态下都处于十字型中心。心。（5 5）在）在gun settinggun setting栏中选择栏中选择normalnormal后，单击后，单击closeclose按钮关按钮关闭闭gun setting gun se

16、tting 窗口窗口2）中间换样品）中间换样品261 1、单击单击beam on，beam on 键变暗，表示已处于键变暗，表示已处于beam off状态；状态；2 2、 初始化初始化 单击单击position，选择，选择initialize，出现对，出现对话框，选择话框，选择OK；3、排气、排气 单击单击vent 按钮，状态栏显示按钮，状态栏显示venting，按钮变绿后，排气完成；按钮变绿后，排气完成；4、换样品、换样品 缓慢地将样品室拉开，轻轻将原样品缓慢地将样品室拉开，轻轻将原样品取下，装入新样品，并用螺丝刀固定。取下，装入新样品，并用螺丝刀固定。5 5、抽真空、抽真空 单击单击pum

17、p按钮，状态栏显示按钮，状态栏显示pumping，按钮变绿后，抽真空完毕，可进行正常测试。按钮变绿后，抽真空完毕，可进行正常测试。3）测试样品）测试样品27 1. 1. 选择视野选择视野 选择控制面板上的选择控制面板上的positionposition，单击，单击specimen stagespecimen stage，选择合，选择合适的绝对（适的绝对（absoluteabsolute）或相对（）或相对（relativerelative）旋转角度（）旋转角度（R R），），点击点击movemove，将视野对准要观察的样品台，关闭窗口；然后点击，将视野对准要观察的样品台，关闭窗口；然后点击map

18、map，双击要观察的区域，将十字形中心对准观察区，关闭窗，双击要观察的区域，将十字形中心对准观察区，关闭窗口。口。 或者直接单击或者直接单击mapmap，选择对应号码的样品台。，选择对应号码的样品台。2.2.将扫描模式调为将扫描模式调为TV,TV,工具条上的滤光（工具条上的滤光（filtfilt）按钮自动打开；）按钮自动打开；3.3.调整图像的亮度和对比度，选择要观察的样品区域；调整图像的亮度和对比度，选择要观察的样品区域；4.4.调整图像的放大倍数，进行聚焦和消像散操作调整图像的放大倍数，进行聚焦和消像散操作 放大倍数从低到高；每个倍数下先聚焦到最佳后再进行消像放大倍数从低到高；每个倍数下先

19、聚焦到最佳后再进行消像散操作，再聚焦、消像散，反复进行至图像最清晰后，再调到散操作，再聚焦、消像散，反复进行至图像最清晰后，再调到较高放大倍数。较高放大倍数。28 5. 5. 若聚焦时图像有左右或上下移动现象，需调节物镜光栏，若聚焦时图像有左右或上下移动现象，需调节物镜光栏，具体操作见步骤具体操作见步骤六六；6. 6. 若聚焦和消像散后图像清晰度仍不好，可改变若聚焦和消像散后图像清晰度仍不好，可改变WDWD（1313）, , PROBE SIZEPROBE SIZE（调至（调至3 3）, Acc V, Acc V（一般不动）（一般不动）等参数；等参数；7. 7. 图像清晰后，点击工具条上的图像

20、清晰后，点击工具条上的DATADATA按钮，可在图像下部按钮，可在图像下部加标尺；加标尺；8. 8. 拍照拍照 单击工具条中扫描速度单击工具条中扫描速度3 3及其右面的第二个按钮，及其右面的第二个按钮，待控制面板中的待控制面板中的FREEZEFREEZE按钮变黄色后，拍照完成；按钮变黄色后，拍照完成；9. 9. 照片保存照片保存 点击点击filefile中的中的save assave as将图片存为将图片存为tiftif格式；格式；10. 10. 重新观察其它样品时，点击控制面板中的重新观察其它样品时，点击控制面板中的livelive，激活图，激活图像，将扫描模式调为像，将扫描模式调为TVTV

21、，重复以上步骤即可。重复以上步骤即可。换样品台时应先将工作距离调大（换样品台时应先将工作距离调大（position position 栏中栏中R R的值不高的值不高于于2525mmmm），将放大倍数调小（），将放大倍数调小（100100倍）。倍）。4） 结束程序结束程序291. 单击单击setting栏中地栏中地beam on按钮，保证发射电流按钮，保证发射电流（emmision current）为零；）为零；2. 体系长时间不用时（假期）体系长时间不用时（假期），单击工具条中的，单击工具条中的file，选择，选择shut down，出现对话框，出现对话框“are you sure to sh

22、ut down the SEM?”，选择，选择“OK”； 3. 约约35min 后旋转式泵停止，指示灯熄灭，软件自动关闭，后旋转式泵停止，指示灯熄灭，软件自动关闭，此时方可关闭主面板后的总电源，然后关闭冷凝水。此时方可关闭主面板后的总电源，然后关闭冷凝水。4. 关闭计算机，显示器，关闭插板电源。关闭计算机，显示器，关闭插板电源。若短时间休息若短时间休息（工作日）（工作日），则只将，则只将beam on 关闭即可。关闭即可。5 5、注意事项注意事项 a、不导电的样品检验前须、不导电的样品检验前须表面喷金处理表面喷金处理； b、所有试样检验前须在、所有试样检验前须在超声波清洗仪里用酒精清洗超声波清

23、洗仪里用酒精清洗，清，清洗完毕后用风机吹干；洗完毕后用风机吹干； c、处理过的样品在、处理过的样品在放入样品仓前用吸耳球反复吹扫表面放入样品仓前用吸耳球反复吹扫表面，吸耳球吹不掉的即可放入样品仓；吸耳球吹不掉的即可放入样品仓； d、试样高度以试样高度以10mm以下为宜以下为宜，太高的样品因信号传输，太高的样品因信号传输受阻影响成像效果；受阻影响成像效果； e、不能检测磁性样品，磁性样品对电子束有影响不能检测磁性样品，磁性样品对电子束有影响，无法，无法成像，可实现对其消磁成像，可实现对其消磁306、SEM 应用（1 1）生物：种子、花粉、细菌生物：种子、花粉、细菌、大肠、绒毛、细胞、纤大肠、绒毛

24、、细胞、纤维维（2 2）医学：血球、病毒医学：血球、病毒（3 3）材料：陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环材料：陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂氧树脂（4 4）化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌） 、机、机械、电机及导电性样品，如半导体械、电机及导电性样品，如半导体(IC(IC、线宽量测、断面、线宽量测、断面、结构观察结构观察）电子材料等。）电子材料等。311）生物应用生物应用323334a: 黄鳝卵外观黄鳝卵外观; b: 卵膜孔附近卵膜外观卵膜孔附近卵膜外观; c: 卵膜孔与受精孔卵膜孔与受精孔; d: 黄鳝外黄鳝外卵膜棘状凸起卵膜棘状凸起应用依据应用依据35 为更清晰更深入地了解黄鳝受精过程及为更清晰更深入地了解黄鳝受精过程及其受精率低的原因其受精率低的原因，解决黄鳝人工繁殖问，解决黄鳝人工繁殖问题，作者利用扫描电镜观察黄鳝精子成熟题，作者利用扫描电镜观察黄鳝精子成熟卵形态特征及其精子入卵过程，为黄鳝的卵形态特征及其精子入卵过程，为黄鳝的规模化人工繁殖和资源合理开发利用提供规模化人工繁殖和资源合