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微纳研究中心超净室系列讲座之2
——扫描电子显微镜
电子显微镜SEM培训资料
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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
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1. 扫描电镜的优点
高分辨率。现代先进的场发射扫描电镜的分辨率已经达到1nm，钨灯丝电镜也可达到3-6nm。贝克公式表示：d=/nsin，电子束波长 ＝(伏)
有较高的放大倍数(人眼分辨率/仪器分辨率)，20-20W倍之间连续可调；
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。
配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析。
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Optical Microscope VS SEM
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2. 电子束与固体样品作用时产生的信号
弹性散射和非弹性散射
电子显微镜常用的信号
各种信号的深度和区域大小
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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。
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SEM中的三种主要信号
背散射电子：是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近于入射电子能量( E。)。背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关
二次电子：入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称为二次电子。二次电子仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
X射线：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发出的光子。
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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
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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。
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