电子显微镜SEM培训资料课件

微纳研究中心超净室系列讲座之2——扫描电子显微镜1.扫描电镜的优点2.电子束与固体样品作用时产生的信号3.扫描电镜的工作原理4.扫描电镜的构造5.扫描电镜衬度像二次电子像背散射电子像6.扫描电镜的主要性能7.样品制备8.应用举例OpticalMicroscopeVSSEM2.电子束与固体样品作用时产生的信号2.1弹性散射和非弹性散射2.2电子显微镜常用的信号2.3各种信号的深度和区域大小2.1弹性散射和非弹性散射当一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于受到固体物质中晶格位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变，这种现象称为散射。（1）弹性散射。如果在散射过程中入射电子只改变方向，但其总动能基本上无变化，则这种散射称为弹性散射。弹性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的结构。（2）非弹性散射。如果在散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变，则这种散射称为非弹性散射。在非弹性散射情况下，入射电子会损失一部分能量，并伴有各种信息的产生。非弹性散射电子：损失了部分能量，方向也有微小变化。用于电子能量损失谱，提供成分和化学信息。也能用于特殊成像或衍射模式。其他信号俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后外层电子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。透射电子:电子穿透样品的部分。这些电子携带着被样品吸收、衍射的信息，用于透射电镜的明场像和透射扫描电镜的扫描图像,以揭示样品内部微观结构的形貌特征。样品入射电子

Auger电子

阴极发光背散射电子二次电子X射线透射电子

2.3各种信号的深度和区域大小

可以产生信号的区域称为有效作用区，有效作用区的最深处为电子有效作用深度。但在有效作用区内的信号并不一定都能逸出材料表面、成为有效的可供采集的信号。这是因为各种信号的能量不同，样品对不同信号的吸收和散射也不同。随着信号的有效作用深度增加，作用区的范围增加，信号产生的空间范围也增加，这对于信号的空间分辨率是不利的。

3.扫描电镜的工作原理

扫描电镜的工作原理可以简单地归纳为“光栅扫描，逐点成像”。扫描电镜图像的放大倍数定义为

M=L/lL显象管的荧光屏尺寸；l电子束在试样上扫描距离。电子光学系统由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。其作用是用来获得扫描电子束，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光源中间象物镜试样聚光镜目镜毛玻璃照相底板电子镜聚光镜试样物镜中间象投影镜观察屏照相底板电子枪真空系统和电源系统真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染提供高的真空度，一般情况下要求保持10-4-10-5Torr的真空度。电源系统由稳压，稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。5.扫描电镜衬度像二次电子像背散射电子像x射线元素分布图。（a）陶瓷烧结体的表面图像（b）多孔硅的剖面图二次电子像5.2背散射电子像背散射电子既可以用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度。1.形貌衬度用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率元比二次电子低。因为背反射电子时来自一个较大的作用体积。此外，背反射电子能量较高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背反射电子，而掩盖了许多有用的细节。2.成分衬度背散射电子发射系数可表示为样品中重元素区域在图像上是亮区，而轻元素在图像上是暗区。利用原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。背反射电子信号强度要比二次电子低的多，所以粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。两种图像的对比锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像背散射电子探头采集的成分像（a）和形貌像（b）6.1分辨率对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。入射电子束束斑直径入射电子束在样品中的扩展效应成像方式及所用的调制信号

二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。X射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范围大，所以X射线图像的分辨率远低于二次电子像和背反射电子像。6.扫描电子显微镜的主要性能6.2景深景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大10倍。d0临界分辨本领，电子束的入射角8.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

1018号钢在不同温度下的断口形貌8.1断口形貌分析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8.2纳米材料形貌分析（a）芯片导线的表面形貌图（b）CCD相机的光电二极管剖面图8.3在微电子工业方面的应用主要特点WindowsNT界面独特的二次电子分辨率3.0nm(25kV,高真空模式)VP可变压力模式分辨率4.0nm(25kV,可变压力模式)放大倍数范围5x~300,000x加速电压0.3kV~30Kv可变压力范围1~270Pa最大样品尺寸150mm直径图像移动范围±20µm(WD=15mm)样品台(选项)电子枪：U型钨丝枪偏压可加速电压关联可变电压(双偏压功能)检测器SE检测器BSE检测器，可变压力模式SEM操作鼠标、键盘旋钮控制盘(选件)扫描方式TV,慢速(4步),照相(4步旋钮和鼠标控制都可以用于SEM参数设置。S-3000N是可变压力的SEM显示器大屏幕XGA彩色显示器(1024x768像素)自动调节功能自动聚焦，自动像散校正自动亮度和对比度调节自动灯丝饱和度调节数字图像储存640x480像素图像格式BMP图像数据条显示:加速电压，放大倍数，微米标尺,WD(工作距离),照片放大