电子显微镜.pdf

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电镜技术及其应用简介:.

•材料性质的决定因素
成分
类型
工艺
组织
结构XRD,TEM
形貌SEM:.
1938年,德国
工程师MaxKnoll和
ErnstRuska制造出
了世界上第一台透射
电子显微镜(TEM)。
MaxKnoll(1897-1969)ErnstRuska(1906-1988)
电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9nm)。
可以用来观察很多在可见光下看不见的物体,例如病
毒。:.
1952年,英国工程师Charles
Oatley制造出了第一台扫描电
子显微镜(SEM)。
CharlesOatley
电子显微镜下的蚊子:.
SEM
俄歇能谱
入射电子
背散射电子
俄歇电子
SEM
二次电子
阴极发光
X射线
能谱/波谱
样 品
透射电子TEM:.
电子显微镜
•电子显微镜(ElectronMicroscopes)
利用电磁场偏着电子束、聚焦电子束及
电子与物质作用原理来研究物质构造及微
细结构的精密仪器。
用电子光学仪器研究物质组织、结构、
成分的技术称为电子显微术。:.
1、透射电镜
透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscopes,TEM)
——是一种高分辨率,高放大倍数的显微镜,是观察和分析材料
的形貌,组织和结构的有效工具。它用聚焦电子束作为照明源,
使用对电子束透明的薄膜试样(几十到几百nm),以透射电子为
成像信号。
原理:电子枪产生的电子束经1~2级聚光镜会聚后均匀照射到
试样上的某一待观察微小区域小,入射电子与试样物质相互作用,
由于试样很薄,绝大部分电子穿透试样,其强度分布与所观察试
样区的形貌、组织、结构一一对应。投射出试样的电子经物镜、
中间镜、投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上,
荧光屏吧电子强度分布转化为人眼可见的光强分布,于是在荧光
屏上显出与试样形貌、组织、结构相应的图像。:.
透射电镜:.
2010年中国第一届电子显微镜摄影
大赛摄影展
一等奖:
照片名称:“绽放在纳米世界的火红玫瑰”:.
2扫描电子显微镜
•扫描电子显微镜(ScanningElectron
Microscopes)是继透射电镜之后发展起来
的一种电镜。与之不同的是,SEM是聚焦
电子束在试样表面逐点扫描成像,试样为
块状或粉末颗粒,成像信号为二次电子、
背散射电子或吸收电子。:.

由电子枪发射的能量为5~35keV
的电子,以其交叉斑作为电子源,
经聚焦缩小后形成具有一定能量、
强度和直径的微细电子束,在扫
描线圈驱动下在试样表面做栅网
式扫描。电子束与试样作用产生
的二次电子的量随试样表面形貌
而变,其产额正比于1/cosθ,二次
电子信号被探测器收集转换成电
讯号,经处理后得到反应试样表
面形貌的二次电子像。:.

•二次电子成像
由电子枪发射的能量为5~35keV的电
子,以其交叉斑作为电子源,经聚焦缩小
后形成具有一定能量、强度和直径的微细
电子束,在扫描线圈驱动下在试样表面做
栅网式扫描。电子束与试样作用产生的二
次电子的量随试样表面形貌而变,二次电
子信号被探测器收集转换成电讯号,经处
理后得到反应试样表面形貌的二次电子像。:.
二次电子发射强度与入射角的关系
图(a)为电子束垂直入射,(b)为倾斜入射。图(c)为入射角与
二次电子从样品中出射距离的关系。二次电子能量低,从样品表
面逸出的深度为5nm-10nm。如果产生二次电子的深度为x,逸
出表面的最短距离则为xcosθ(图c),显然,大θ角的xcosθ小,
会有更多的二次电子逸出表面。观察比较平坦的样品表面时,如
果倾斜一定的角度,会得到更好的二次电子图像衬度。:.
•背散射电子成像原理
入射电子与样品接触时,其中一部分几
乎不损失能量地在样品表面被弹性散射回来,
这部分电子被称为背散射电子
(BackscatteredElectron)。
背散射电子的产额随样品的原子序数的
增大而增加,因此成像可以反映样品的元素
分布,及不同相成分区域的轮廓。:.
BESEM:.

•理想中的SEM分析
保持样品原有形态;
得到样品真实的表面形貌;
最简单的处理方法;
实时观察样品的变化过程。
•传统扫描电子显微镜
高真空下观察;
样品表面具有较好的导电性;
样品干燥:.
•FEI/飞利浦新推出的Quanta系列扫描电子
显微镜
三种真空操作模式:
高真空,低真空,环境真空
专利技术:
压差光栅:电子枪/镜筒高真空,样品
室低真空;透光但不透气;
导电性:样品室内气体的有限电离,
消除电荷积累。
与场发射扫描电镜相比,分辨率较低。:.
FEI/飞利浦新推出的Quanta系列扫描电子显微镜样品室:.
ESEM