热场发射扫描电镜
zeiss sigma 500热场发射扫描电镜操作技巧及日常维护
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缩小和聚 焦,在 样 品 表 面 形 成 一 个 具 有 一 定 能 量、
强度、斑点 直 径 的 电 子 束;在 扫 描 线 圈 的 磁 场 作 用
下,入射电子束在样 品 表 面 上 按 照 一 定 的 空 间 和 时
间顺序做光栅式逐 点 扫 描;高 能 电 子 束 与 样 品 之 间
相互作用,从样品中 激 发 出 多 种 信 号 (二 次 电 子、背
２０２０ 年第 １ 期
分析仪器 AnalyticalInstrumentation
１０１
No．
１J
an．２０２０
图 １ 扫描电子显微镜外观及平面构造
(
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SSS
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gma５００ 的外部图片;(
gma５００ 的构造示意图
速电 压 (
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０２~３０kV)的 作 用 下,经 会 聚 透 镜、物 镜
场发射扫描电镜工作原理
场发射扫描电镜工作原理
场发射扫描电镜（FE-SEM，Field Emission Scanning Electron Microscope）工作原理如下：
1. 电子发射：FE-SEM使用一个称为电子枪的器件产生高能电
子束。
电子枪包含一个钨丝或碳纳米管的尖端，通过加热尖端，电子从尖端发射出来。
2. 调制和聚焦：电子束经过一系列的电场调制和聚焦透镜，以使电子束具有足够的能量和焦点来进行扫描。
3. 扫描和信号采集：电子束被聚焦到一个非常小的尖端，称为扫描线圈。
扫描线圈通过控制电子束的位置和速度，将电子束在样品表面上进行快速的扫描。
当电子束与样品表面相互作用时，会有多种信号产生，如二次电子、反射电子、特征X射
线等。
4. 信号检测：上述信号被检测器捕获，并由电子光学系统将其转换成图像或谱图。
典型的信号检测器包括二次电子探测器、透射电子探测器、X射线能谱仪等。
5. 数据显示和处理：捕获的信号通过计算机进行处理和显示，生成高分辨率的扫描电子显微图像。
计算机还可以对图像进行后期处理，如增强、标记、量化等。
总的来说，FE-SEM利用电子束的显微特性来对样品进行高分
辨率的表面观察，并可获取丰富的样品性质信息。
扫描电镜的工作原理和应用
扫描电镜的工作原理和应用1. 扫描电镜的工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束与样品相互作用来获取图像的仪器。
相比传统的光学显微镜，扫描电镜具有更高的分辨率和更大的深度感，可以观察到更细微的细节。
扫描电镜的工作原理如下：1.电子发射: 扫描电镜通过热发射或场发射的方式产生高能电子束。
这个电子束经过加速电压，使电子获得足够大的能量。
2.聚焦: 电子束经过一系列的聚焦透镜，使其在样品表面形成一个非常小的聚焦点，以提高分辨率。
3.扫描: 电子束通过控制扫描线圈的方式，沿着样品表面进行扫描。
在每一个扫描点，样品上的电子与电子束发生相互作用。
4.信号检测: 所有与电子束相互作用的信号都被收集和检测，包括次级电子、反射电子、散射电子等。
5.图像生成: 通过扫描电镜的控制系统将所有收集到的信号转换为图像。
这些图像可以显示出样品表面的形貌、结构和组成。
2. 扫描电镜的应用扫描电镜广泛应用于各个领域，包括材料科学、生物学、医学等。
下面列举一些常见的应用：1.纳米材料研究: 扫描电镜可以观察到纳米级别的材料结构和形貌，对于纳米材料的制备和性质研究非常重要。
2.生物学研究: 扫描电镜可以观察生物样品的微观结构，如细胞、细胞器和微生物等。
它可以帮助研究者了解生物体的形态、组织和功能。
3.医学检测: 扫描电镜可以用于医学领域中的病理学研究和临床诊断。
例如，可以观察病毒、细菌、组织断面等微小结构，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
4.材料表征: 扫描电镜能够观察材料的粗糙度、晶体结构、颗粒分布等参数，对于材料研究和工程应用具有重要意义。
5.环境科学研究: 扫描电镜可以用于观察和分析大气颗粒物、水中微生物和污染物等的形貌和组成，有助于环境污染的起因和后果研究。
6.艺术文物保护: 扫描电镜可以帮助对文物进行分析，如绘画的颜料、雕塑的材料等。
这对于文物的保护和修复具有重要价值。
扫描电镜sem
扫描电镜（SEM）简介扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束对样品表面进行扫描的显微镜。
相比传统的光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度视野，使得它成为材料科学、生命科学和物理科学等领域中常用的研究工具。
SEM通过利用电子多次反射，将样品表面的形貌细节放大数千倍，可以观察到微观结构，比如表面形态、粗糙度、纳米级颗粒等。
SEM通常需要真空环境下操作，因为电子束在大气压下很快会失去能量而无法达到高分辨率。
工作原理SEM的工作原理可以简单地分为以下几步：1.电子发射：SEM中，通过热发射或场发射的方式产生电子束。
这些电子被加速器加速，形成高速的电子流。
电子束的能量通常在10-30 keV之间。
2.样品照射：电子束通过一个聚焦系统照射到样品表面。
电子束与样品原子发生相互作用，从而产生各种现象，比如电子散射、透射和反射。
3.信号检测：样品与电子束发生相互作用后，产生的信号会被探测器捕获。
常见的SEM信号检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
这些探测器可以测量电子信号的强度和性质。
4.信号处理和图像生成：SEM通过对探测到的信号进行处理和放大，生成图像。
这些图像可以显示出样品表面的微观结构和形貌。
应用领域SEM在许多科学领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：材料科学SEM可以用于研究材料的结构和形态。
它可以观察微观缺陷、晶体结构、纳米颗粒等材料细节。
这对于材料工程师来说非常重要，可以帮助他们改进材料的性能和开发新的材料。
生命科学SEM可以用于观察生物样品的微观结构。
比如，它可以观察细胞的形态、细胞器的分布和细胞表面的纹理。
这对于生物学家来说非常重要，可以帮助他们了解生物体的结构和功能。
纳米科学SEM在纳米科学领域中也有广泛的应用。
通过SEM可以对纳米材料进行表面形貌和结构的观察。
它可以显示出纳米结构的细节，帮助科学家研究纳米颗粒的组装、层析和相互作用等现象。
钨灯丝冷场热场扫描电镜的区别
钨灯丝冷场热场扫描电镜的区别钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别扫描式电⼦显微镜，其系统设计由上⽽下，由电⼦枪 (Electron Gun) 发射电⼦束，经过⼀组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，⽤遮蔽孔径 (Condenser Aperture) 选择电⼦束的尺⼨(Beam Size)后，通过⼀组控制电⼦束的扫描线圈，再透过物镜(Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，⽤以择取⼆次电⼦ (Secondary Electron) 或背向散射电⼦(Backscattered Electron) 成像。
电⼦枪的必要特性是亮度要⾼、电⼦能量散布 (Energy Spread) 要⼩，⽬前常⽤的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电⼦源⼤⼩、电流量、电流稳定度及电⼦源寿命等均有差异。
热游离⽅式电⼦枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利⽤⾼温使电⼦具有⾜够的能量去克服电⼦枪材料的功函数(work function)能障⽽逃离。
对发射电流密度有重⼤影响的变量是温度和功函数，但因操作电⼦枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提⾼的状况下，就需采⽤低功函数的材料来提⾼发射电流密度。
价钱最便宜使⽤最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电⼦，电⼦能量散布为 2 eV，钨的功函数约为，钨灯丝系⼀直径约100µm，弯曲成 V 形的细线，操作温度约 2700K，电流密度为 cm2，在使⽤中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变⼩，使⽤寿命约为 40~80 ⼩时。
六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使⽤LaB6 只要在 1500K 即可达到，⽽且亮度更⾼，因此使⽤寿命便⽐钨丝⾼出许多，电⼦能量散布为 1 eV，⽐钨丝要好。
钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别及应用
场发射分热场和冷场，共性是分辨率高。
热场的束流大些，适合进行分析，但维护成本相对较高，维护要求高。
冷场做表面形貌观测是适合的，相对而言维护成本低些，维护要求不算高。
冷场发射电子枪优点：单色性好，分辨率高缺点：电子枪束流不稳定，束流小，不适合做能谱分析，每天要做一次Flash热场发射电子枪优点：电子束稳定，束流大缺点：与冷场相比除了单色性和分辨率略差点外，其它找不出缺点。
热场在总发射电流（Total emission current）、最大探针电流（Maximum probe current）、电子束噪声（Beam noise）、发射电流漂移（Emission current drift）、工作真空（Operating vacuum）、阴极还原（Cathode regeneration）、对外部影响的敏感性（Sensitivity to external influence）等方面都具有一等的优势。
这些参数直接影响电镜的性能。
在阴极半径（Cathode radius）、有效电子源半径（Effective source radius）、发射电流密度（Emission current density）、标准亮度（Normalised brightness）等方面，冷场发射略胜一筹。
这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的发射面积较小、能量集中，便于将电子束聚焦于一个很小的点，以提高分辨率。
但是在现代的电镜技术条件下，热场发射电镜通过采取各种有效措施，也能够将电子束汇聚于一个理想的点，达到冷场发射电镜的分辨率水平。
电子枪发射的电流强度很小，微安级别和纳安级别，为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源，都需要高真空环境。
电子枪阴极都属于耗材系列。
差异和优劣:1、点源直径不同及优劣：钨灯丝电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形（发叉式钨丝阴极），使用V形的尖端作为点发射源，曲率半径大约为0.1mm；场发射电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝，经过腐蚀制成针状的尖阴极，一般曲率半径在100nm~1μm之间。
场发射扫描电镜
FEI Quanta 250FEG 场发射扫描电镜的原理及操作发射扫描电镜的原理及操作目录场发描电镜的原理一、射扫二、Quanta 250 FEG的基本操作二一、场发射扫描电镜的原理111.1场发射扫描电镜的原理一、场发射扫描电镜的原理电子枪的种类一、场发射扫描电镜的原理热场场发射扫描电镜束流大较为稳定，亮度高，其常用工作电压5-10kV，一般适合于导电导热性能好的样品般适合于导电导热性能好的样品另配有BSE探头冷场场发射扫描电镜束流小，其常用工作电压（4-15kV），分辨率高，适合导电性较弱，颗粒较小的样品高适合导电性较弱颗粒较小的样品一、场发射扫描电镜的原理电子激发样品可获得多种物理信号一、场发射扫描电镜的原理二次电子SE二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。
携带有样品的表面形貌信息,通常来自样品表面5-50 nm的区域，能量为0-50 eV。
由于它发自试样表面层，入射电子还没有较多次散射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没多大区别。
所以二次电子的分辨率较高，一般可达到50-100 Å。
扫描电子显微镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。
二次电子产额随原于序数的变化不明要取决于表面形貌额随原于序数的变化不明显，它主要取决于表面形貌。
一、场发射扫描电镜的原理背散射电子BSE背散射电子是指入射电子与试样相互作用经过多次散射后，重新逸出试样表面的高能电子。
背散射电子的产生范围在1000 Å到1 m深，由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征也可用来显示原子序数衬度成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。
MgO MgO SrTiO 3SrTiO 3（a）image of SE （b）image of BSE一、场发射扫描电镜的原理X-特征射线特征X射线：原子内壳层电子被电离后，由较外层电子向内壳层跃迁产生的具有特征能量的电磁辐射光子。
日立SU-70热场发射扫描电镜简明操作流程
日立SU-70热场发射扫描电镜简明操作流程一、样品制备和装入样品台柱样品台标高尺样品台基座，凹洞在此处螺母1.首先，撕下适量导电胶，将其贴在样品台的上表面（没有螺丝洞的那一面），样品台的大小由样品数目和单个样品尺寸决定。
之后撕下导电胶上表面的白膜，将白膜朝里的那一面朝上放置在一旁。
2.若样品为块体、片状样品，将待观测的表面朝上，把样品粘附在导电胶上；若要观察样品的截面、立面，为了保持样品粘附稳定不漂移，还须用导电胶固定观察面的前后左右侧面；若样品有磁性（经抽屉里的磁铁测试），也须用更多的导电胶固定样品的四周。
待测试的样品必须保持干燥清洁，导电胶须去除表面的白膜。
3.若样品为粉末状，取适量粉末，将其均匀的洒在导电胶上，用白膜朝里的那一面轻轻将粉末压实，然后用洗耳球吹走没有粘附好的粉末。
磁性粉末和液体样品不能进行测试。
待测试的样品必须保持干燥清洁。
若样品为高分子样品或涉及高分子，要在仪器的杜瓦瓶中加满液氮。
4.若样品导电性较差，在完成上述2或3之后还需进行喷镀，喷镀在凌峰楼前的电镜楼102室进行。
样品台和样品一起进行喷镀，喷镀时间和喷镀的厚度有关，喷镀厚度和样品观察的维度有关，在102室有操作流程供参阅。
如果单纯为了进行EDX能谱测试，可不喷镀。
5.将螺丝状的样品台柱旋转入装有样品的样品台下表面螺丝洞内，拧紧；然后往样品台柱下方旋入基座螺母（旋入一定程度即可），接着往样品台柱下方旋入样品台基座，通过旋转螺母和样品台柱来调节高度和锁定样品台。
比较样品的上表面高和标高尺的下表面，上下表面高度差在1mm左右，样品上表面不能超过标高尺下表面。
此时，将样品台基座的凹洞垂直对准自己的身体，眼睛俯视样品台的上表面，此时我们在样品台上表面看到的样品上下左右排布，就是我们即将在电脑屏幕上观察时看到的样品上下左右排布。
6.按仪器交换舱上的“AIR”键放气，蜂鸣器响后，“AIR”灯长亮；打开交换舱，旋转样品杆至”UNLOCK”位置，把样品杆往里推一点点直至能看到样品杆的凸起，将样品台座连同样品台放入，样品台座的凹洞对准样品杆的凸出，旋转样品杆至“LOCK”位，将样品杆往外拉到头，合上交换舱；按“EVAC”键抽气，蜂鸣器响后，“EVAC”灯长亮；按“OPEN”键打开样品舱门，等蜂鸣器响，用样品杆将样品台座推入样品舱并推到底，旋转样品杆至“UNLOCK”位，然后将样品杆拉出并拉到头，按“CLOSE”键，等蜂鸣器响后，进样结束。
场发射扫描电镜原理
场发射扫描电镜原理场发射扫描电镜（Field Emission Scanning Electron Microscopy，FE-SEM）是一种高分辨率、高清晰度的电镜技术。
其原理是在极细的钨（W）尖端处实现高强度的电场，这个电场可以帮助电子从钨尖端跃迁到样品上，形成高能的电子束，用来扫描和成像样品表面。
FE-SEM主要包括场致发射和电子透镜系统两个关键部分。
其中，场致发射是产生高强度电场的过程，通常采用极细的钨尖作为阴极，在其表面施加高电压，使钨尖表面的电子能够克服表面张力势垒跃出，并且形成高强度的电场。
在这种条件下，钨尖表面的电子被聚集在针尖旁边近似球形区域内，形成一种被称为“自发致密区”（Self-Assembled Dense Region，SADR）的结构。
这个结构在钨尖表面周围，造成高强度电场，在这个电场中，靠近钨尖表面的电子通过场致发射跃迁到样品表面，形成高能的电子束。
电子透镜系统由磁场和电场组成，用来引导和聚焦电子束。
其中，强壮的磁场和透镜系统是FE-SEM的一个关键组件，用于弯曲桥架射束中的电子，确定电子束扫描的方向和位置。
另一方面，电子透镜由多组电极组成，根据网格的配置和设计，可以对电子束进行聚焦。
这个过程可以在聚焦点上产生高度聚焦的电子束，使得电子束与样品表面的距离减小，进而在样品表面上产生高分辨率图像。
在FE-SEM中，电子束的扫描和成像过程是快速的。
电子束的聚焦和聚焦所花费的时间和贡献非常小。
因此，它可以在高速、高解析度和高图像质量的条件下对不同样品进行成像和分析。
其图像质量和解析度可以达到亚纳米级别，可以对大量的材料、结构和器件进行微观结构表征和研究。
尤其对于材料科学、纳米科学、生物医学和材料工程领域，FE-SEM已经成为一种不可或缺的研究手段。
热场发射扫描电镜
NOVA NanoSEM430扫描电镜
1.设备外型：
2. 主要功能：
Nova™NanoSEM 430型号扫描电镜是一款具备超高分辨率的热场发射扫描电镜，主要用于获得纳米尺寸级别的样品表面形貌信息，可在高真空下实现高压和低压的超高分辨率形貌检测。
配备两种物镜模式（浸没式和无场式）。
配备红外CCD检测相机，极靴内二次电子检
测器，通用ET二次电子检测器，低真空二次电子检测器，极靴内背散射电子检测器，高真空背散射电子探测器，高衬度背散射电子探测器，低真空Helix二次电子探测器。
配置电子束减速模式。
最大100*100mm样品移动距离。
具备优秀的样品位置导航系统。
可在低真空下测量未喷镀的导电样品形貌信息，也可在低真空下获得非导电样品的超高分辨率信息。
3. 技术参数：
a. 抽真空时间：至3.0e-2Pa≤150s，至130Pa≤270s。
b. 腔体极限真空≤6e-4Pa，下IGP真空≤5e-5Pa，上IGP真空≤5e-7Pa。
c. UHR模式下在15kV下像散≤15um，1kV下像散≤40um。
d. 15kV下分辨率≤1.0nm，1kV下分辨率≤1.6nm。
e. X-Max80型号能谱仪分析元素范围：Be4-U92，80mm2活区窗口，分辨率优于129eV (MnK α处,计数率为40000cps)。
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指导硕士研究生12名，协助博士研究生3名；本科生毕业论文13人，本科生校长基金4人。 三年内利用该仪器作为主要科研手段发表学术论文（三大检索） 12 序号 作者（前三名） 廖翰卿， 刘建波， 吴荣昌 Zhang, B.， Zhang, J.J.， Zhong, D.L. Zhang, B.， Zhang, J.J.， Yan, S.Y. Zhang, B.， Zhang, J.J.， Chang, Z.F. 论文题目 篇，其中代表论文： 期刊名 年 卷（期） 起止页码 52 （1）
104-114
4
574
158-180
知名 用户 共 享 信 息 备 注 是否对 外开放 联系人
中国地质大学（北京），中国地质科学院地质所，中国地质科学院矿产所，中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院青 藏高原研究所，吉林大学，西北大学，北京大学生命科学学院，北京大学考古文博院，河南大学考古系，中山大学 是 张波 服务 对象 电子 邮件 本校教学科研 geozhangbo@ 收费 标准 联系 电话 62758325 150元/小时（校内） 开放 时间 周一~周五，8:30~5:00
主要研 究方向 在研 或曾 承担 重大 项目 奖项 专利
从事地球生物学、沉积学、微体古生物学和古环境研究。
2000年以来，科研项目总数为 17 项。其中，主持国家自然科学基金面上项目 3 项，青年基金 1 项，留学回国基金 1 项。参加 973项目 2 项，国家自然科学基金重点项目 2 项，国家自然科学基金重大项目 1 项系：地空学院
仪器 编号 制造商 国别 经费 来源 责任 教授
201105841 美国 211工程 刘建波
所属 实验室 制造 厂商 单价 存放 地点
造山带与地壳演化 教育部重点实验室 FEI Company 型号 187.93万元 购置 日期 QUANTA650FEG 2010年01月
1.2004年北京市教育教学成果（高等教育）二等奖（2005年9月，第二完成人，张立飞、刘建波、潘懋、任景秋、郝维城，培 养地质学创新人才的野外和室内实验教学的改革与实践） 2.教育部自然科学奖一等奖（2008年1月，第二完成人，董熙平，刘建波，程红，刘政，寒武纪牙形石、胚胎化石、奥斯坦型化石以 及其它共存化石的研究）。 3.2012年北京市高等教育教学成果奖二等奖（2005年9月，第二完成人，张立飞、刘建波、季建清、孙元林、魏春景，培养地 质学拔尖人才的野外地质教学的改革与实践）
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逸夫贰楼3140#
基 本 信 息
技术指 标及功 能简介
E-T二次电子探头（30kV下1.0nm，30kV下2.5nm， 3kV 下 3.0nm ）、气体二次电子探头（ GSED ）、低 真空环境（30kV下1.4nm SE，30kV下2.5nm-BSE， 3kV 下 3.0nm-SE ）、样品室真空 <6e -4 Pa ，低真空 <10 to 130Pa ，环境真空模式 <10 to 4000Pa 。样品 室左右内径 284mm ， X/Y=150mm ， Z = 65mm 。 低真空模式，满足非导电地质和材料样品的观测； 超大样品室；样品台可自由水平旋转、倾斜运动； 背散射图像与二次电子图像的合成；该电镜与 EDS、EBSD、CL设备和信息同步共享。 多普勒彩色超声诊断仪