材料测试方法-扫描电镜SEM详解PPT文档格式.ppt

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由于扫描电镜的景深远比光学显微镜大，可由于扫描电镜的景深远比光学显微镜大，可以用它进行显微断口分析。

以用它进行显微断口分析。

引言引言扫描电镜的优点是扫描电镜的优点是:

11、有较高的放大倍数，、有较高的放大倍数，20-2020-20万倍之间连万倍之间连续可调；

续可调；

22、有很大的景深，视野大，成像富有立、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体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；

的细微结构；

33、试样制备简单；

、试样制备简单；

44、可同时进行显微形貌观察和微区成分、可同时进行显微形貌观察和微区成分分析。

分析。

引言引言扫扫描描电电子子显显微微镜镜的的设设计计思思想想和和工工作作原原理理，早早在在19351935年年便便已已被被提提出出来来了了。

19421942年年，英英国国首首先先制制成成一一台台实实验验室室用用的的扫扫描描电电镜镜，但但由由于于成成像像的的分分辨辨率率很很差差，照照相相时时间间太太长长，所所以以实实用用价价值值不不大大。

经经过过各各国国科科学学工工作作者者的的努努力力，尤尤其其是是随随着着电电子子工工业业技技术术水水平平的的不不断断发发展展，到到19561956年年制制造造出出了了第第一一台台商商品品扫扫描描电电镜镜。

自自其其问问世世以以来来，得得到到了了迅迅速速的的发发展展，种种类类不不断断增增多多，性性能能日日益益提提高高，并并且且已已广广泛泛地地应应用用在在生生物物学学、医医学学、冶冶金金学学等等学学科科的的领领域域中中，促促进进了了各各有有关关学学科科的的发发展。

展。

引言引言2.1.1SEM2.1.1SEM的结构的结构2.1SEM2.1SEM的构造和工作原理的构造和工作原理图片来源：

深圳柯西数据公司2.2SEM2.2SEM的构造和工作原理的构造和工作原理2.2.1SEM2.2.1SEM的结构的结构a.a.电子光学系统电子光学系统b.b.信号收集处理，图像显示和记录系统信号收集处理，图像显示和记录系统c.c.真空系统真空系统扫描电镜扫描电镜电子枪电子枪电磁透镜电磁透镜扫描线圈扫描线圈样品室样品室（11）电子光学系统）电子光学系统（镜筒镜筒）作用作用是用来获得很细的电子束（直径约几是用来获得很细的电子束（直径约几个个nmnm），作为产生物理信号的激发源。

），作为产生物理信号的激发源。

2.2SEM2.2SEM的构造和工作原理的构造和工作原理a.a.电子枪电子枪作用：

利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量作用：

利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。

的电子束。

b.b.电磁透镜电磁透镜聚光镜作用：

主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级聚光镜作用：

主要是把电子枪的束斑（虚光源）逐级聚焦缩小，使原来直径约为聚焦缩小，使原来直径约为50m50m的束斑缩小成只有几的束斑缩小成只有几个个nmnm的细小束斑。

的细小束斑。

为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用为了达到目的，可选用几个透镜来完成，一般选用33个。

个。

2.2SEM2.2SEM的构造和工作原理的构造和工作原理d.d.样品室样品室主要部件是样品台。

它能夹持一定尺寸的样品，主要部件是样品台。

它能夹持一定尺寸的样品，并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动并能使样品进行三维空间的移动，还能倾斜和转动,以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。

以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。

c.c.扫描线圈扫描线圈作用：

使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫作用：

使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫描；

即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电描；

即提供入射电子束在样品表面及阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步扫描信号。

子束在荧光屏上的同步扫描信号。

（22）信号收集处理，图像显示和记录系统）信号收集处理，图像显示和记录系统2.2SEM2.2SEM的构造和工作原理的构造和工作原理作用：

收集作用：

收集（探测探测）样品在入射电子束作用下产样品在入射电子束作用下产生的各种物理信号，并进行放大；

将信号检测生的各种物理信号，并进行放大；

将信号检测放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。

射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。

2.2SEM2.2SEM的构造和工作原理的构造和工作原理（33）真空系统）真空系统作用：

保证电子光学系统正常工作，防止样品作用：

保证电子光学系统正常工作，防止样品污染，避免灯丝寿命快速下降。

污染，避免灯丝寿命快速下降。

需要提供高的真空度，一般情况下要求保持需要提供高的真空度，一般情况下要求保持1010-4-4-10-10-5-5mmHgmmHg的真空度。

的真空度。

2.3SEM2.3SEM的主要性能的主要性能（11）分辨率）分辨率（点分辨率点分辨率）定义：

定义：

对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区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。

域；

分辨率是扫描电镜的主要性能指标。

测定方法：

在已知放大倍数（一般在测定方法：

在已知放大倍数（一般在1010万倍）的条件万倍）的条件下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值下，把在图像上测到得最小距离除以放大倍数所得数值就是分辨率。

就是分辨率。

目前：

商品生产的目前：

商品生产的SEMSEM，二次电子像的分辨率已优于，二次电子像的分辨率已优于5nm.5nm.例如：

日立公司的例如：

日立公司的S-570S-570型型SEMSEM的点分辨率为的点分辨率为3.5nm3.5nm；

TOPCONTOPCON公司的公司的OSM-720OSM-720型型SEMSEM的点分辨率为的点分辨率为0.9nm.0.9nm.2.3SEM2.3SEM的主要性能的主要性能影响分辨率的因素：

影响分辨率的因素：

p扫描电子束的束斑直径扫描电子束的束斑直径；

p检测信号的类型；

检测信号的类型；

p检测部位的原子序数；

检测部位的原子序数；

2.3SEM2.3SEM的主要性能的主要性能

（2）放大倍数）放大倍数AsAs电子束在样品表面扫描的幅度；

电子束在样品表面扫描的幅度；

AcAc荧光屏阴极射线同步扫描的幅度；

荧光屏阴极射线同步扫描的幅度；

AcAc是固定不变的，是固定不变的，AsAs越小，越小，MM就越大就越大.放大倍数与扫描面积的关系：

放大倍数与扫描面积的关系：

（若荧光屏画面面积为若荧光屏画面面积为1010cm2）放大倍数放大倍数扫描面积扫描面积10（1cm）（1cm）22100（1mm）（1mm）221,000（100m）（100m）2210,000（10m）（10m）22100,000（1m）（1m）229090年代后期生产的高级年代后期生产的高级SEMSEM的放大倍数已到的放大倍数已到8080万倍左右。

万倍左右。

2.3SEM2.3SEM的主要性能的主要性能2.4SEM2.4SEM的成像衬度的成像衬度二次电子像衬度二次电子像衬度背散射电子像衬度背散射电子像衬度分分衬度：

衬度：

电子像的明暗程度电子像的明暗程度取决于取决于电子束的强弱电子束的强弱，当两，当两个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异，个区域中的电子强度不同时将出现图像的明暗差异，这种差异就是衬度。

这种差异就是衬度。

形貌衬度形貌衬度：

由于试样表面形貌差别而形成的衬度。

成分衬度：

由于试样表面不同部位原子序数不同而形由于试样表面不同部位原子序数不同而形成的衬度。

成的衬度。

2.4.1二次电子像衬度二次电子像衬度2.4SEM2.4SEM的成像衬度的成像衬度

（1）二次电子成像原理二次电子成像原理a.a.二次电子二次电子：

在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子。

表面的核外电子。

b.b.二次电子的性质：

二次电子的性质：

主要来自样品表层主要来自样品表层510nm510nm深度范围，深度范围，当当大于大于10nm10nm时，能量较低时，能量较低（小于小于50eV）50eV），且自由程较短，不，且自由程较短，不能逸出样品表面，最终被样品吸收。

能逸出样品表面，最终被样品吸收。

c.c.二次电子的二次电子的数量和原子序数没有明显的关系数量和原子序数没有明显的关系，对样品对样品微区表面的几何形状十分敏感。

微区表面的几何形状十分敏感。

2.4SEM2.4SEM的成像衬度的成像衬度二次电子产额最少二次电子产额最少2d.d.二次电子成像原理图二次电子成像原理图有效深度增加到有效深度增加到倍，入射电子使距表面倍，入射电子使距表面5-10nm5-10nm的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多，如：

的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多，如：

AA较深的部位，虽有自由电子，但最终被样品吸收。

较深的部位，虽有自由电子，但最终被样品吸收。

有效深度增加到有效深度增加到22倍，二倍，二次电子数量更多。

次电子数量更多。

2.4SEM2.4SEM的成像衬度的成像衬度e.e.二次电子形貌衬度图二次电子形貌衬度图BB区，区，倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低；

倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低；

CC区，区，倾斜度最大，二次电子产额最多，亮度最大；

倾斜度最大，二次电子产额最多，亮度最大；

二次电子形貌衬度示意图二次电子形貌衬度示意图实际中：

实际中：

2.4SEM2.4SEM的成像衬度的成像衬度（a）（a）有凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处，则二次电有凸起的尖棱、小粒子及比较陡的斜面处，则二次电子产额较多，在荧光屏上这些部位亮度较大；

子产额较多，在荧光屏上这些部位亮度较大；

（b）（b）平面处，二次电子产额较小，亮度较低；

平面处，二次电子产额较小，亮度较低；

（c）（c）深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易深的凹槽，虽有较多的二次电子，但二次电子不易被检测到所以较暗。

被检测到所以较暗。

实际样品中二次电子的激发过程示意图实际样品中二次电子的激发过程示意图a）a）凸出尖端；

凸