SEM扫描电子显微镜简介课件

1、2022/8/20 扫描电镜 SEM(Scanning Electron Microscope)第1页，共19页。2022/8/201.SEM的发展历程2.SEM的结构与工作原理3.SEM的特点5.SEM的应用4.SEM的样品制备目录：第2页，共19页。2022/8/20一、SEM的发展历程（1）1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会发射一定波长的电磁辐射。1926年，德国科学家Garbor和Busch发现用铁壳封闭的铜线圈对电子流能折射聚焦，即可以作为电子束的透镜。1935年，Knoll提出了扫描电镜的设计思想并制成了扫描电镜的原始模型。1942年，剑桥大学的

2、马伦成功地制造世界第一台扫描电镜。第3页，共19页。2022/8/201960年，Everhart 和 Thornley 发明二次电子侦测器。1965年，第一部商用SEM出现（Cambridge）。1958年，在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台中型电镜。1975年，中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。SEM的发展历程（2）第4页，共19页。JSM-6700F场发射扫描电镜二、SEM结构与工作原理2022/8/20第5页，共19页。SEM结构由五个系统组成：(1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统(3)信号收集和图

3、像显示系统(4)真空系统(5)电源系统2022/8/20第6页，共19页。2022/8/20SEM的工作原理概述 SEM是以细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。现在SEM都与能谱EDS（Energy Dispersive Spectrdmeter）组合，可以进行成分分析。 SEM是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。第7页，共19页。入射电子束与样品的作用试样 吸收电子 萤光 (化学结合状态) (形貌成份) 背散射电子 特征X线 (元素) 入射电子束 (0.230kV)二次电子(试样的表

4、面形貌) 俄歇电子（元素）透射电子2022/8/20第8页，共19页。2022/8/201、背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。弹性背散射电于是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量没有损失。非弹性背散射电子是入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也不同程度的损失。如果逸出样品表面，就形成非弹性背散射电子。可进行微区成分定性分析2、二次电子二次电子是指在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外层电子。二次电子的能量较低，一般都不超过50 ev。大多数二次电子只带有几个电子伏的能量。二次电子一般都是在

5、表层5-10 nm深度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地显示样品的表面形貌。不能进行微区成分分析第9页，共19页。电子枪发射的电子束经过2-3个电磁透镜聚焦信号强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管。 在样品表面按顺序逐行扫描，激发样品产生各种物理信号:二次电子、背散射电子、吸收电子等。电子的收集和成像原理2022/8/20第10页，共19页。电子的收集和成像原理2022/8/20第11页，共19页。三、SEM的特点高分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及，现代先进的扫描电镜的分辨率已经达

6、到1纳米左右；放大倍数变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调；有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；试样制备简单，且可使图像更近于试样的真实状态；配有X射线能谱仪（EDS）装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区元素成分分析。 装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境（加热、冷却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。2022/8/20第12页，共19页。五、SEM样品制备样品制备特点：1.可以观察大尺度的样品，从毫米到厘米尺寸的样品都可以观察2.成块样品不用制成超薄切片，样品制备方法要简单得多3.特别适合于细胞

7、表面和组织表面特征信息的研究样品制备准则：1.尽可能保持样品本来的形貌和结构2.在样品的干燥过程尽可能减少样品变形3. 样品表面应有良好导电性能和二次电子发射率2022/8/20第13页，共19页。SEM样品制备技术2022/8/20第14页，共19页。六、SEM的应用无机材料制备工程1材料和冶金工业2晶体生长3生物材料观察42022/8/20第15页，共19页。0.88PMN-0.12PT透明陶瓷的断面SEM照片SEM在无机材料制备上的应用2022/8/20第16页，共19页。SEM在材料和冶金工业的应用应用范围很广，包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分