扫描电子显微镜培训

扫描电子显微造、原理和应用ScanningElectronMicoscope

ByXXX扫描电子显微镜培训CONCENTS SEM的产生电子束与固体的互相作用SEM的工作原理与构造SEM的特性与长处名词解释SEM的应用扫描电子显微镜培训

一、SEM的产生1.1光学显微镜简介光学显微镜探索微观世界的奥秘是人类几千年以来的愿望和追求，更何况伴随科学技术的发展，人们也越来越需要深入探测和理解微观构造的仪器。光学显微镜是能提供这种需求的重要仪器之一，它突破了人类的视觉极限而延伸到肉眼无法看清的微观世界之中。一、SEM的产生光学显微镜原理光学显微镜（OM）是根据凸透镜的成像原理，通过两次凸透镜的成像来到达放大的目的。一、SEM的产生光学显微镜的极限光的波长：380~760nm人眼在距离25cm时能辨别的最小间距是0.2mm光学显微镜的辨别力取决于入射光的波长，即可见光的波长。一、SEM的产生1.2电子显微镜简介电子束作光源短波长的电子束作为照明源的电子显微镜应运而生。一、SEM的产生电子显微镜发展历史1924年，德布罗意（DeBroglie）提出物质波的概念；1926年，德国的Garbor和Busch发现用铁壳封闭的成轴对称磁场可以使电子流折射聚焦；1935年，德国的Knoll提出现代SEM的概念；1965年，英国剑桥仪器企业生产出第一台商用SEM；1968年，Knoll研制出场发射电子枪；1975年，中国科学院北京科学仪器厂生产了我国第一台SEM，辨别率为10nm。一、SEM的产生电子显微镜发展历史二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子束与试样的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反应试样形貌、构造和构成的多种信息。背散射电子二次电子吸取电子透射电子特性X射线俄歇电子阴极荧光二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用—二次电子二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用—背散射电子二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用—X射线二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用—俄歇电子二、电子束与固体的互相作用2.1电子束与固体互相作用—其他信息二、电子束与固体的互相作用2.2不一样信号的作用深度和广度空间分辨率携带信息二次电子<10nm表面形貌背散射电子1/3作用区范围<2μm成分及形貌特征X射线1~几个μm化学成分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。二、电子束与固体的互相作用2.3多种信号的空间辨别率

二、电子束与固体的互相作用2.3多种信号的产额与产量由于二次电子的产额远高于俄歇电子，且俄歇电子需要超高真空进行探测分析。因此，二次电子的辨别率相称于束斑直径。一般都以二次电子为SEM的分析成像信号。入射电子进入样品浅层表面，尚未横向扩展开来，俄歇电子和二次电子在与入射电子束斑直径相称的圆柱内激发出来，束斑直径就是一种成像检测单元(像点)大小。三、SEM的工作原理与构造

3.1SEM的工作原理三、SEM的工作原理与构造3.2SEM的重要构造

三、SEM的工作原理与构造电子光学系统信号搜集处理系统图像显示和记录系统真空系统电源及控制系统3.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造3.3SEM的构成部分构成：电子枪 电磁透镜 扫描线圈 样品室作用：获得扫描电子束，作为产生物理信号的激发源。为了获得较高的信号强度和图像辨别率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽量小的束斑直径。3.3.1电子光学系统电子束样品表面三、SEM的工作原理与构造4.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造4.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造4.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造目前，在电镜上使用的多的是电磁透镜，W和LaB6阴极电镜的聚光镜和物镜都采用电磁透镜，而场发射电镜的第一聚光镜一般采用静电透镜，第二聚光镜和物镜仍采用电磁透镜。三、SEM的工作原理与构造三、SEM的工作原理与构造4.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造4.3SEM的构成部分三、SEM的工作原理与构造JEOL-7610F样品台参数样品互换室:单步加载/卸载样品台:全对中，5轴马达驱动X-Y:70mmx50mm(IA)110mmx80mm(II)140mmx80mm(III)倾斜:-5到+70°旋转:360°大样品室：运用JSM-7610F的原则配置，即可进行直径最大为150mm样品的观测；绝大部分操作通过鼠标即可实现。三、SEM的工作原理与构造JEOL-7610F样品台三、SEM的工作原理与构造3.3SEM的构成部分3.3.2信号搜集和显示系统

信号搜集：二次电子和背散射电子搜集器、吸取电子检测器、X射线检测器(波谱仪和能谱仪)。显示系统三、SEM的工作原理与构造3.3SEM的构成部分3.3.3

真空系统和电源系统

真空系统：包括机械泵、分子泵和离子泵。作用：为保证电子光学系统正常工作，提供高的真空度，防止样品污染，保持灯丝寿命，防止极间放电。规定：10-6~10-9Pa。电源系统：包括启动的多种电源(高压、透镜系统、扫描线圈)，检测-放大系统电源，光电倍增管电源，真空系统和成像系统电源灯。尚有稳压，稳流及对应的安全保护电路。四、名词解释SEM的有关术语放大倍数电子束样品表面同步扫描示意图荧光屏aA放大倍率M定义：M=A/aA：荧光屏宽度，a：电子束在样品上的扫描宽度扫描电镜中的图像放大倍率是所用显示荧屏中实际成像区域的边长于电子束在是试样上偏转所扫过同方向距离的长度之比；它基本取决于显示屏偏转线圈电流与电镜扫描线圈的电流之比。一般普及型电镜：20~100,000倍场发射电镜：20~300,000倍五、名词解释SEM的有关术语有效放大倍数一般正常人眼的裸视辨别力为0.2mm，若扫描电镜的既有最佳辨别力为4nm，则有效放大倍率为50,000倍；假如某场发射电镜的最佳辨别力为1nm，则有效放大倍率为200,000倍。假如没有考虑电镜的实际辨别能力，而盲目地增大放大倍率，这不仅不会增大所放大图像上地细节，而只能是虚放大，那样就没有实际放大意义了。计算例子：假如某钨阴极电镜的最佳辨别力为4nm，而人眼的辨别力为0.2mm，则五、名词解释计算例子：假如某钨阴极电镜的最佳辨别力为4nm，而人眼的辨别力为0.2mm，则实际情况4nm0.2mm50,000倍2mm500,000倍有效放大倍数4nm0.2mm真实情况五、名词解释SEM的有关术语辨别率辨别率：样品上可以辨别的两个邻近的质点或线条间的距离。怎样测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度除以放大倍数。影响SEM图像辨别率的重要原因有：扫描电子束斑直径；检测信号类型；检测部位原子序数；机械振动及杂散磁场；操作方式；信噪比等五、名词解释SEM的有关术语景深样品表面高下不平，运用扫描电镜成像，可以看清晰的高点F1和低点F3之间的距离称为景深。扫描电镜的景深优于光镜和透射电镜。用一种比方，光镜景深若为1，扫描电镜景深则是其300倍。尤其适合观测粗糙面样品或材料断口。为提高景深，可以选用较小的放大倍率，或者拉远样品到物镜下表面的距离，这称为工作距离（WD），从左图可见，由于WD2>WD1，F1，F2，F3几种不一样高度部位在图像中均清晰。五、名词解释SEM的有关术语景深灯丝10kV×400WD=6mm灯丝10kV×400WD=21mm五、SEM的特性与长处5.13种显微镜成像方式的比较一、SEM培训—简介3种显微镜成像方式的比较一、SEM培训—简介3种显微镜成像方式的比较四、SEM的特性与长处(一)辨别力高，多数扫描电镜的二次像辨别力都都能分别优于1.0nm（FEG）、2.0nm（LaB6）、3.0nm（W）。

(二)放大倍率范围广、倍率调整以便，一般能从10倍到20万倍，并且持续或分档可调。

(三)样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从多种角度对样品进行观测。

(四)景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

(五电子束对样品的损伤与污染程度较小。

(六)在观测形貌的同步，还可运用从样品发出的其他信号作微区成分分析。4.2电子显微镜长处示例图片电子显微镜示例图片示例图片热蒸发SiO粉末生长的二氧化硅纳米线水稻根毛生长过程（用冷冻台技术-180℃）氧化锡纳米棒ESEM硫化铋示例图片方解石光子禁带共晶组织陶瓷多晶六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用为何需要足够大电流？六、SEM的应用为何需要足够大电流？六、SEM的应用为何需要足够大电流？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用扫描速度越慢，清晰度越高？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用获得高辨别率图像为何要工作距离小？六、SEM的应用为何不一样点间的灰度差就能表征出图像特性？ 为何需要足够大电流？扫描速度越慢，清晰度越高？ 获得高辨别率图像为何要工作距离小？荷电现象的产生？为何采用减速可以提高图像清晰度？六、SEM的应用荷电现象的产生？