材料导论第八章.ppt

材料导论第八章课件
第1页，共63页，2022年，5月20日，22点9分，星期四
扫描电镜工作原理、构造和性能
扫描电镜在材料研究中的应用
波谱仪结构及工作原理
能谱仪结构及工作原理
电子点9分，星期四
1 、电子光学系统
<1>电子枪： 作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。
<2>电磁透镜：作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为50 nm的束斑缩小成一个只有数um的细小束斑。
<3>扫描线圈：作用是提供入射电子束在样品表面上和荧光屏上的同步扫描信号。
<4>样品室： 样品台能进行三维空间的移动、倾斜和转动，并安置各种型号检测器。
扫描电镜的主要结构
2、 信号检测，收集和显示放大系统
作用是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。包括二次电子和背反射电子收集器，显示系统，吸收电子检测器，X射线检测器。
3 、真空系统和电源系统
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。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稳定电源。
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1 、电子光学系统
2、 信号检测放大系统
3 、真空系统和电源系统
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1、 放大倍数
由于扫描电镜的荧光屏尺寸是固定不变的，因此，放大倍率的变化是通过改变电子束在试样表面的扫描幅度来实现的。
M=l/L
l:荧光屏长度；L电子束在试样上扫过的长度。可以通过调节L来改变放大倍数。
如果减少扫描线圈的电流，电子束在试样上的扫描幅度将减小，放大倍数将增大。调整十分方便，可从20倍连续调节到20万倍左右。
扫描电镜的主要性能
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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。扫描电镜的末级透镜采用小孔径角，长焦距，所以可以获得很大的景深。一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大10 倍。
景深大，立体感强，形态逼真是SEM的突出特点，特别适用于粗糙样品表面的观察和分析。
2、景深
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分辨率是扫描电镜的主要性能指标之一。
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；
分辨率大小由入射电子束直径和调制信号类型共同决定：
电子束直径越小，分辨率越高。
用于成像的物理信号不同，分辨率不同。
例如SE和BE电子，在样品表面的发射范围也不同，其分辨率不同。一般SE的分辨率约为5-10nm，BE的分辨率约为50-200nm。
3、 分辨率
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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；
4 可同时进行显微形貌观察和微区成分分析。
扫描电镜的优点:
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项目
扫描电镜
透射电镜
分辨本领
70～100 Å
2 Å
放大倍数
20～40万倍
100万倍
加速电压
1～50 KV
几十千伏～几百千伏
图像特点
景深长、三维立体结构
景深小、两维平面结构
样品制备
固定-脱水-临界点干燥-喷涂金属
固定-脱水-包埋-超薄切片-重金属染色
样品尺寸
1cm3
50～100nm切片
样品损伤
光斑直径只有几十埃的电子束在
样品上扫描，对样品损伤极小
大约1μm直径电子束打到样品上，造成一定程度损伤
样品成信号
二次电子、背散射电子
透射电子
放大倍数调节
用衰减器改变扫描线圈电流，进
行放大率调节
调整中间镜电流改变放大率
决定分辨率因素
入射电子束直径决定图像分辨率。
加速电压、透镜缩小率、电源稳定度及像差决定电子束斑直径
加速电压、电源稳定度、像差、样品厚度等影响分辨率
扫描电镜和透射电镜比较
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(一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm ×50mm。
(二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。
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