电子显微镜.ppt

2021
电子显微镜15624
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/l L显象管的荧光屏尺寸；l电子束在试样上扫描距离。
4. 扫描电子显微镜的构造
电子光学系统
信号收集及显示系统
真空系统和电源系统
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
电子枪
信号收集及显示系统
检测样品在入射电子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。普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体，光导管和光电倍增器所组成
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。
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cosθ。
因为随着θ角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大量自由电子离开表层的机会增多；其次随θ角的增加，总轨迹增长，引起价电子电离的机会增多。
二次电子像
（a）陶瓷烧结体的表面图像（b）多孔硅的剖面图
二次电子像
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
对有些既要进行形貌观察又要进行成分分析的样品，将左右两个检测器各自得到的电信号进行电路上的加减处理，便能得到单一信息。
对于原子序数信息来说，进入左右两个检测器的信号，其大小和极性相同，而对于形貌信息，两个检测器得到的信号绝对值相同，其极性恰恰相反。
将检测器得到的信号相加，能得到反映样品原子序数的信息；相减能得到形貌信息。
背散射电子像的获得
背散射电子探头采集的成分像（a）和形貌像（b）
6. 扫描电子显微镜的主要性能
分辨率
景深

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。
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
7. 样品制备
扫描电镜的最大优点是样品制备方法简单，对金属和陶瓷等块状样品，只需将它们切割成大小合适的尺寸，用导电胶将其粘接在电镜的样品座上即可直接进行观察。
对于非导电样品如塑料、矿物等，在电子束作用下会产生电荷堆积，影响入射电子束斑和样品发射的二次电子运动轨迹，使图像质量下降。因此这类试样在观察前要喷镀导电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或碳膜做导电层，膜厚控制在20nm左右。
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
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