扫描电子显微镜与电子探针.ppt

1、第四章第四章 扫描电子显微镜与电子探针扫描电子显微镜与电子探针n n4.1 扫描电子显微镜扫描电子显微镜n n4.2 电子图像分析电子图像分析n n4.3 电子探针的工作原理与结构电子探针的工作原理与结构n n4.4 电子探针仪的分析方法及应用电子探针仪的分析方法及应用4.1 扫描电子显微镜扫描电子显微镜n n一、电子与样品物质的交互作用一、电子与样品物质的交互作用n n二、扫描电子显微镜的原理、结构和性能二、扫描电子显微镜的原理、结构和性能返回一、电子与样品物质的交互作用一、电子与样品物质的交互作用n n（一）电子与固体样品的相互作用区（一）电子与固体样品的相互作用区（一）电子与固体样品的相

2、互作用区（一）电子与固体样品的相互作用区n n（二）电子束与样品相互作用产生的信号（二）电子束与样品相互作用产生的信号（二）电子束与样品相互作用产生的信号（二）电子束与样品相互作用产生的信号返回（一）电子与固体样品的相互作用区（一）电子与固体样品的相互作用区n n样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也有一定影响样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也有一定影响样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也有一定影响样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也有一定影响n n另外，从另外，从另外，从另外，从RuthefordRutheford模型可知，电子在样品中的弹性散模型可知，电子在样品中的弹性散模型可知，

3、电子在样品中的弹性散模型可知，电子在样品中的弹性散射截面与其能量的平方成反比射截面与其能量的平方成反比射截面与其能量的平方成反比射截面与其能量的平方成反比n n入射电子能量（入射电子能量（入射电子能量（入射电子能量（E E）随穿行距离（）随穿行距离（）随穿行距离（）随穿行距离（z z）的损）的损）的损）的损失率与其初始能量（失率与其初始能量（失率与其初始能量（失率与其初始能量（E E）成反比。即：电子束初始）成反比。即：电子束初始）成反比。即：电子束初始）成反比。即：电子束初始能量越高，电子穿过某段特定的长度后保持的能量越大，能量越高，电子穿过某段特定的长度后保持的能量越大，能量越高，电子穿过

4、某段特定的长度后保持的能量越大，能量越高，电子穿过某段特定的长度后保持的能量越大，电子在样品中能够穿透的深度越大电子在样品中能够穿透的深度越大电子在样品中能够穿透的深度越大电子在样品中能够穿透的深度越大下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回（二）电子束与样品相互作用产生的信号（二）电子束与样品相互作用产生的信号n n1 1背散射电子（背散射电子（背散射电子（背散射电子（BSEBSE）n n背散射电子也称初级背散样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也背散射电子也称初级背散样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也背散射电子也称初级背散样品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也背散射电子也称初级背散样

5、品的倾斜角的大小对相互作用区的大小也有一定影响。有一定影响。有一定影响。有一定影响。n n另外，从另外，从另外，从另外，从RuthefordRutheford模型可知，电子在样品中的弹性散射截面与其模型可知，电子在样品中的弹性散射截面与其模型可知，电子在样品中的弹性散射截面与其模型可知，电子在样品中的弹性散射截面与其能量的平方成反比。能量的平方成反比。能量的平方成反比。能量的平方成反比。n n入射电子能量（入射电子能量（入射电子能量（入射电子能量（E E）随穿行距离（）随穿行距离（）随穿行距离（）随穿行距离（z z）的损失率与其初）的损失率与其初）的损失率与其初）的损失率与其初始能量（始能量（

6、始能量（始能量（E E）成反比）成反比）成反比）成反比 。n n2 2二次电子（二次电子（二次电子（二次电子（SESE）n n3 3吸收电子（吸收电子（吸收电子（吸收电子（AEAE）n n4 4透射电子（透射电子（透射电子（透射电子（TETE）n n5 5特征特征特征特征XX射线射线射线射线n n6 6俄歇电子（俄歇电子（俄歇电子（俄歇电子（AurgerAurger）上一页上一页上一页上一页 返回返回返回返回二、扫描电子显微镜的原理、结构和性能二、扫描电子显微镜的原理、结构和性能n n（一）扫描电镜的工作原理（一）扫描电镜的工作原理（一）扫描电镜的工作原理（一）扫描电镜的工作原理n n（二）扫

7、描电镜的结构（二）扫描电镜的结构（二）扫描电镜的结构（二）扫描电镜的结构n n（三）扫描电镜的主要性能（三）扫描电镜的主要性能（三）扫描电镜的主要性能（三）扫描电镜的主要性能n n（四）扫描电镜的试样制备（四）扫描电镜的试样制备（四）扫描电镜的试样制备（四）扫描电镜的试样制备返回（一）扫描电镜的工作原理（一）扫描电镜的工作原理n n图图图图7 7是扫描电镜的工作原理示意图。在高压作用下，由热阴极发射出是扫描电镜的工作原理示意图。在高压作用下，由热阴极发射出是扫描电镜的工作原理示意图。在高压作用下，由热阴极发射出是扫描电镜的工作原理示意图。在高压作用下，由热阴极发射出的电子经由阴极、栅极、阳极之

8、间的电场聚焦、加速。的电子经由阴极、栅极、阳极之间的电场聚焦、加速。的电子经由阴极、栅极、阳极之间的电场聚焦、加速。的电子经由阴极、栅极、阳极之间的电场聚焦、加速。下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回 图7返回（二）扫描电镜的结构（二）扫描电镜的结构n n扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系统、信号的检测及放大系统、扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系统、信号的检测及放大系统、扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系统、信号的检测及放大系统、扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系统、信号的检测及放大系统、图像的显示与记录系统、真空系统和电源系统组成。图像的显示与记录系统、真空系统和电源系统组成。图像的

9、显示与记录系统、真空系统和电源系统组成。图像的显示与记录系统、真空系统和电源系统组成。n n1 1电子光学系统电子光学系统电子光学系统电子光学系统n n（1 1）电子枪。）电子枪。）电子枪。）电子枪。n n 热发射三极电子枪。热发射三极电子枪。热发射三极电子枪。热发射三极电子枪。n n 场发射电子枪。场发射电子枪。场发射电子枪。场发射电子枪。n n（2 2）电磁透镜（电磁聚光镜）电磁透镜（电磁聚光镜）电磁透镜（电磁聚光镜）电磁透镜（电磁聚光镜）n n2 2扫描系统扫描系统扫描系统扫描系统n n3 3信号的检测及放大系统信号的检测及放大系统信号的检测及放大系统信号的检测及放大系统n n4 4图像

10、的显示和记录系统图像的显示和记录系统图像的显示和记录系统图像的显示和记录系统上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回（三）扫描电镜的主要性能（三）扫描电镜的主要性能n n1 1分辨率分辨率分辨率分辨率n n其主要影响因素有：其主要影响因素有：其主要影响因素有：其主要影响因素有：n n（1 1）扫描电子束斑直径）扫描电子束斑直径）扫描电子束斑直径）扫描电子束斑直径n n（2 2）入射电子束在样品中的扩展效应。）入射电子束在样品中的扩展效应。）入射电子束在样品中的扩展效应。）入射电子束在样品中的扩展效应。n n（3 3）成像所用信号的种类。）成像所用信号的种类。）成像所

11、用信号的种类。）成像所用信号的种类。n n2 2景深景深景深景深n n3 3放大倍率放大倍率放大倍率放大倍率上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回（四）扫描电镜的试样制备（四）扫描电镜的试样制备n n一般的扫描电镜对样品的要求主要有：一般的扫描电镜对样品的要求主要有：一般的扫描电镜对样品的要求主要有：一般的扫描电镜对样品的要求主要有：(1)(1)适当的大小；适当的大小；适当的大小；适当的大小；(2)(2)良好的良好的良好的良好的导电性。导电性。导电性。导电性。n n扫描电镜景深长，样品室大，故样品尺寸可变化范围大，试样的大小扫描电镜景深长，样品室大，故样品尺寸可变

12、化范围大，试样的大小扫描电镜景深长，样品室大，故样品尺寸可变化范围大，试样的大小扫描电镜景深长，样品室大，故样品尺寸可变化范围大，试样的大小和重量适合电镜样品室的要求即可。和重量适合电镜样品室的要求即可。和重量适合电镜样品室的要求即可。和重量适合电镜样品室的要求即可。扫描电镜要求试样必须具有良好的导电性。扫描电镜要求试样必须具有良好的导电性。扫描电镜要求试样必须具有良好的导电性。扫描电镜要求试样必须具有良好的导电性。n n在实际分析中可能遇到各种类型的断口，如试样断口和故障构件断口。在实际分析中可能遇到各种类型的断口，如试样断口和故障构件断口。在实际分析中可能遇到各种类型的断口，如试样断口和故

13、障构件断口。在实际分析中可能遇到各种类型的断口，如试样断口和故障构件断口。上一页上一页上一页上一页 返回返回返回返回4.2 电子图像分析电子图像分析n n一、二次电子像的衬度一、二次电子像的衬度n n二、背散射电子像的衬度二、背散射电子像的衬度返回一、二次电子像的衬度一、二次电子像的衬度n n（一）形貌衬度（一）形貌衬度（一）形貌衬度（一）形貌衬度n n（二）成分衬度（二）成分衬度（二）成分衬度（二）成分衬度返回（一）形貌衬度（一）形貌衬度n nSESE像的形貌衬度主要有以下三种因素决定。像的形貌衬度主要有以下三种因素决定。像的形貌衬度主要有以下三种因素决定。像的形貌衬度主要有以下三种因素决定

14、。n n1 1倾斜衬度倾斜衬度倾斜衬度倾斜衬度n n2 2阴影衬度阴影衬度阴影衬度阴影衬度n n3 3漫射衬度漫射衬度漫射衬度漫射衬度下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回（二）成分衬度（二）成分衬度n nSESE能量低，易受电场、磁场的作用，所以在一定的条件下，对于某能量低，易受电场、磁场的作用，所以在一定的条件下，对于某能量低，易受电场、磁场的作用，所以在一定的条件下，对于某能量低，易受电场、磁场的作用，所以在一定的条件下，对于某些特定的样品可以得到些特定的样品可以得到些特定的样品可以得到些特定的样品可以得到SESE的电压衬度、电磁衬度，这种衬度可用来的电压衬度、电磁衬度，这种衬度可用

15、来的电压衬度、电磁衬度，这种衬度可用来的电压衬度、电磁衬度，这种衬度可用来研究材料和器件的工艺结构，材料中的磁畴、磁场等。研究材料和器件的工艺结构，材料中的磁畴、磁场等。研究材料和器件的工艺结构，材料中的磁畴、磁场等。研究材料和器件的工艺结构，材料中的磁畴、磁场等。上一页上一页上一页上一页 返回返回返回返回二、背散射电子像的衬度二、背散射电子像的衬度n n（一）（一）（一）（一）背散电子像衬度原理背散电子像衬度原理背散电子像衬度原理背散电子像衬度原理n n（二）（二）（二）（二）背散射电子像衬度的应用背散射电子像衬度的应用背散射电子像衬度的应用背散射电子像衬度的应用返回（一）背散电子像衬度原理

16、（一）背散电子像衬度原理n n1 1成分衬度成分衬度成分衬度成分衬度n n2 2形貌衬度形貌衬度形貌衬度形貌衬度n n第二，由于样品表面各个微区相对于探测器的方位不同。第二，由于样品表面各个微区相对于探测器的方位不同。第二，由于样品表面各个微区相对于探测器的方位不同。第二，由于样品表面各个微区相对于探测器的方位不同。n n第一，样品表面不同的倾斜角第一，样品表面不同的倾斜角第一，样品表面不同的倾斜角第一，样品表面不同的倾斜角 会引起发射会引起发射会引起发射会引起发射BSEBSE数量的不同。数量的不同。数量的不同。数量的不同。下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回（二）背散射电子像衬度的应用（二）背散射电子像衬度的应用n n背散射电子像衬度应用最广泛的是它的成分衬度像，与二次电子的形背散射电子像衬度应用最广泛的是它的成分衬度像，与二次电子的形背散射电子像衬度应用最广泛的是它的成分衬度像，与二次电子的形背散射电子像衬度应用最广泛的是它的成分衬度像，与二次电子的形貌像（或貌像（或貌像（或貌像（或BSEBSE形貌相）相配合，根据形貌相）相配合，根据形貌相）相配合，根据形貌相）相配合，根据B