电子探针式测量

关于电子探针式测量第1页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三

扫描电子显微镜（SEM）扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

扫描电镜的优点：①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②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；③试样制备简单第2页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三

结构组成电子光学系统扫描系统信号探测放大系统、图像显示和记录系统真空系统供电系统第3页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三组成：电子枪、电磁透镜组、物镜光阑和样品室等作用：获得扫描电子束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光学系统第4页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三电子枪：提供电子源电磁透镜：起聚焦电子束（三级缩小形成细微的探针）的作用

SEM中束斑越小，即成像单元越小，相应的分辨率就愈高。样品室：放置样品，安置信号探测器，还可带多种附件。第5页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三样品室第6页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三扫描系统

作用：使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动。同时获得同步扫描信号。通过改变入射电子束在试样表面扫描的幅度，可获得所需放大倍数的扫描像。扫描线圈一般放在最后二透镜之间，扫描电子显微镜采用双偏转扫描线圈。第7页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三信号探测放大系统和图像显示记录系统

作用：探测收集试样在入射电子束作用下产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的扫描图像。

二次电子、背散射电子、透射电子的信号都可采用闪烁计数器来进行检测。第8页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三真空系统为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度高于10-4Torr。第9页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。供电系统第10页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三S440立体扫描电子显微镜桌上型TM－1000扫描电子显微镜第11页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三扫描电子显微镜用途最基本的功能是对各种固体样品表面进行高分辨形貌观察。大景深图像是扫描电镜观察的特色，观察可以是一个样品的表面，也可以是一个切开的面，或是一个断面。冶金学家已兴奋地直接看到原始的或磨损的表面。可以很方便地研究氧化物表面，晶体的生长或腐蚀的缺陷。它一方面可更直接地检查纸，纺织品，自然的或制备过的木头的细微结构。第12页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三在扫描电镜应用中，很多集中在半导体器件和集成电路方面，它可以很详细地检查器件工作时局部表面电压变化的实际情况，这是因为这种变化会带来象的反差的变化。焊接开裂和腐蚀表面的细节或相互关系可以很容易地观察到。利用束感生电流，可以观测半导体P—N结内部缺陷。第13页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三扫描电子显微镜对于固体材料的研究应用非常广泛，没有任何一种仪器能够和其相提并论。对于固体材料的全面特征的描述，扫描电子显微镜是至关重要的。第14页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三在半导体器件（IC)研究中的特殊应用：

1）利用电子束感生电流进行成像，可以用来进行集成电路中pn结的定位和损伤研究

2）利用样品电流成像，结果可显示电路中金属层的开、短路，因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。

第15页，讲稿共18页，2023年5月2日，星期三3）利用二次电子电位反差像，反映了样品表面的电位，从它上面可以看出样品表面各处电位的高低及分布情况，特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。4）利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构（原子在晶体中的排列方式），晶体取向分布分析，基于晶