江大 扫描电镜简介(完整)
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扫描电镜课件
骨髓细胞
SARS
AIDS
五 扫描电镜的种类
依据性能不同主要分为： （1）一般 ）一般SEM 目前一般扫描电镜采用热发射电子 枪，分辨率为6nm左右，若采用六硼化 镧电子枪，分辨率可提高到4～5nm。 我校有这样的设备。
（2）场发射电子枪 ）场发射电子枪SEM 由于场发射电子枪具有亮度高、能 量分散少，阴极源尺寸小等优点，这 种电镜的分辨率已达到3nm。场发射 电子枪SEM的另一个优点是可以在低 加速电压下进行高分辨率观察，因此 可以直接观察绝缘体而不发生充、放 电现象。
电子束系统
电子束系统由电子枪 电磁透镜两部分 电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分 电子枪和 组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、 电子能量确定的电子束用以扫描成象。
电子枪
电子枪用于产生电子，主要有两大类，共 三种。
一类是：利用场致发射效应产生电子，称为场发 一类是：利用场致发射效应产生电子，称为场发 射电子枪。这种电子枪极其昂贵，在十万美元以 上，且需要小于10 torr的极高真空。但它具 上，且需要小于10-10torr的极高真空。但它具 有至少1000小时以上的寿命（6 有至少1000小时以上的寿命（6个月），且不需 要电磁透镜系统。 另一类是：利用热发射效应产生电子，有钨枪和 另一类是：利用热发射效应产生电子，有钨枪和 六硼化镧枪两种。 钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，一 钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，一 般在10 torr以上，但成象不如其他两种明亮， 般在10-4torr以上，但成象不如其他两种明亮， 常作为廉价或标准SEM配置。 常作为廉价或标准SEM配置。
六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨 六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨 枪之间，为200～1000小时，价格约为钨 枪之间，为200～1000小时，价格约为钨 枪的十倍，图像比钨枪明亮5 10倍，需要 枪的十倍，图像比钨枪明亮5～10倍，需要 略高于钨枪的真空，一般在10 torr以上； 略高于钨枪的真空，一般在10-7torr以上； 但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题。
扫描电子显微镜
扫描电子显微镜
2023-11-08
目录
• 扫描电子显微镜简介 • 扫描电镜的结构与原理 • 扫描电镜的操作流程 • 扫描电镜的图像特点与解析 • 扫描电镜的最新发展与应用 • 扫描电镜的维护与保养
01
扫描电子显微镜简介
定义与原理
定义
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面，通过检测样 品发射的次级电子、反射电子等获取表面微观结构信息的电子显微镜。
03
扫描电镜的操作流程
样品的制备
样品选择
选择具有代表性的样品，考虑 其大小、形状、成分和稳定性 等因素，以确保能够准确反映
所需观察的细节。
样品处理
对样品进行预处理，如清洗、干燥 、研磨等，以去除可能干扰观察的 杂质或水分，并确保样品表面平整 、干净。
涂覆导电层
对于非导电样品，需要在其表面涂 覆一层薄而均匀的导电层，如金属 或碳膜，以避免电荷积累和图像畸 变。
扫描控制器
扫描控制器是用来控制扫描线圈的装置，通常由计算机或专 用控制器实现，通过控制线圈电流的幅度和频率来实现电子 束的扫描。
成像系统
信号收集系统
信号收集系统是用来收集样品表面产生的次级电子、反射电子和透射电子等信号 的装置，通常由多个探测器和信号处理电路组成。
成像显示器
成像显示器是用来显示扫描电镜观察到的图像的装置，通常由计算机和高分辨率 显示器实现，通过将收集到的信号转换成图像数据并显示出来，实现样品的可视 化观察。
扫描电镜的图像解析
01
02
03
表面形貌
通过观察样品的表面形貌 ，可以了解样品的粗糙度 、颗粒大小等信息。
2023-11-08
目录
• 扫描电子显微镜简介 • 扫描电镜的结构与原理 • 扫描电镜的操作流程 • 扫描电镜的图像特点与解析 • 扫描电镜的最新发展与应用 • 扫描电镜的维护与保养
01
扫描电子显微镜简介
定义与原理
定义
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面，通过检测样 品发射的次级电子、反射电子等获取表面微观结构信息的电子显微镜。
03
扫描电镜的操作流程
样品的制备
样品选择
选择具有代表性的样品，考虑 其大小、形状、成分和稳定性 等因素，以确保能够准确反映
所需观察的细节。
样品处理
对样品进行预处理，如清洗、干燥 、研磨等，以去除可能干扰观察的 杂质或水分，并确保样品表面平整 、干净。
涂覆导电层
对于非导电样品，需要在其表面涂 覆一层薄而均匀的导电层，如金属 或碳膜，以避免电荷积累和图像畸 变。
扫描控制器
扫描控制器是用来控制扫描线圈的装置，通常由计算机或专 用控制器实现，通过控制线圈电流的幅度和频率来实现电子 束的扫描。
成像系统
信号收集系统
信号收集系统是用来收集样品表面产生的次级电子、反射电子和透射电子等信号 的装置，通常由多个探测器和信号处理电路组成。
成像显示器
成像显示器是用来显示扫描电镜观察到的图像的装置，通常由计算机和高分辨率 显示器实现，通过将收集到的信号转换成图像数据并显示出来，实现样品的可视 化观察。
扫描电镜的图像解析
01
02
03
表面形貌
通过观察样品的表面形貌 ，可以了解样品的粗糙度 、颗粒大小等信息。
扫描电子显微镜简介 SEM
作用体积
• 电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际 上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以 存在一个作用“体积”。 • 作用体积的厚度因信号的不同而不同： • 俄歇电子：0.5～2纳米。 • 次级电子：5λ，对于导体，λ=1纳米；对于绝缘体 ，λ=10纳米。 • 背散射电子：10倍于次级电子。 • 特征X射线：微米级。 • X射线连续谱：略大于特征X射线，也在微米级。
五、成像
人的白细胞
花粉
谢谢！
二、结构
• 真空系统 • 电子束系统 • 成像系统
真空系统
• 真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
• 真空柱是一个密封的柱形容器。 • 真空泵用来在真空柱内产生真空。
• 成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱 底端即为密封室，用于放置样品。
用真空的两点原因：
• 电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失 效，所以除了在使用SEM时需要用真空以外，平时还 需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。 • 为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的 电子更多。
成像系统
电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品 上与样品相互作用，会产生次级电子、背 散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信 号。所以需要不同的探测器譬如次级电子 探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信 号以获得所需要的信息。 （虽然X射线信号不能用于成像，但习惯上， 仍然将X射线分析系统划分到成像系统中）
工作距离
工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离 如果增加工作距离，可以在其他条件不变 的情况下获得更大的场深。 • 如果减少工作距离，则可以在其他条件不 变的情况下获得更高的分辨率。 • 通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间 。
四、用途
1扫描电镜SEM
在制备试样过程中，还应注意： ① 为减轻仪器污染和保持良好的真空，试样尺寸要尽可能小些。 ② 切取试样时，要避免因受热引起试样的塑性变形，或在观察面生成 氧化层。要防止机械损伤或引进水、油污及尘埃等污染物。 ③ 观察表面，特别是各种断口间隙处存在污染物时，要用无水乙醇、 丙酮或超声波清洗法清理干净。这些污染物都是掩盖图像细节，引起试 样荷电及图像质量变坏的原因。 ④ 故障构件断口或电器触点处存在的油污、氧化层及腐蚀产物，不要 轻易清除。观察这些物质，往往对分析故障产生的原因是有益的。如确 信这些异物是故障后才引入的，一般可用塑料胶带或醋酸纤维素薄膜粘 贴几次，再用有机溶剂冲洗即可除去。 ⑤ 试样表面的氧化层一般难以去除，必要时可通过化学方法或阴极电 解方法使试样表面基本恢复原始状态。
粉末样品
首先在载物盘上粘上导电胶带， 然后用牙签取少量粉 末试样轻轻涂覆在胶带上，然后用洗耳球朝载物盘径向朝 外方向轻吹（注意不可用嘴吹气，以免唾液粘在试样上， 也不可用工具拨粉末，以免破坏试样表面形貌），即可以 使粉末可以均匀分布在胶带上，也可以把粘结不牢的粉末 吹走（以免污染镜体），然后进行喷金处理。
天津大学分析测试中心 Centre for Analysis and Measurement of Tianjin University, Tianjin, P.R.China
课后题
扫描电子显微镜的工作原理及应用 能谱仪的工作原理
溶液样品
对于溶液试样我们一般采用锡箔纸作为载体。首先， 在载物盘上粘上导电胶带，然后粘上干净的锡箔纸，然 后把溶液小心滴在锡箔纸上，等干了（一般用台灯近距 离照射10分钟）之后观察析出来的样品量是否足够，如 果不够再滴一次，等再次干了之后就可以喷金了。
样品粘贴顺序示意图
扫描电镜简述
扫描电镜简述J I A N G S U U N I V E R S I T Y 冶金工程专业硕士研究生结课论文论文题目：扫描电镜SEM分析技术综述课程名称：Modern Material Analytic Technology专业班级： 2015级硕士研究生学生姓名学号：2211505072学院名称：材料科学与工程学院学期： 2015-2016第一学期完成时间： 2015年11月 30 日扫描电镜SEM分析技术综述摘要扫描电子显微镜（如下图所示），简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(Scanning Electron Microscope)。
它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。
现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。
所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。
本文主要对扫描电镜SEM进行简单介绍，分别从扫描电镜发展的历史沿革；工作原理；设备构造及功能；在冶金及金属材料分析中的应用情况；未来发展方向等几个方面来对扫描电镜分析技术进行综述。
关键词: 扫描电子显微镜二次电子背散射电子 EDS 成分分析扫描电子显微镜目录一扫描电镜 (4)1.1 近代扫描电镜的发展 (4)1.1.1场发射扫描电镜 (4)1.1.2 分析型扫描电镜及其附件 (5)1.2 现代扫描电镜的发展 (6)1.2.1低电压扫描电镜 (6)1.2.2 低真空扫描电镜 (6)1.2.3环境扫描电镜ESEM (7)1.3 扫描电镜工作原理设备构造及其功能 (7)1.3.1扫描电镜工作原理 (8)1.3.2 扫描电镜的主要结构及功能 (9)1.4 扫描电镜性能 (11)1.5扫描电镜在冶金及金属材料分析中的应用 (12)二结论 (14)三参考文献 (14)一扫描电镜SEM1.1近代扫描电镜的发展扫描电镜的设计思想早在1935 年便已提出，1942 年在实验室制成第一台扫描电镜，但因受各种技术条件的限制，进展一直很慢。
扫描电镜分析简介 ppt课件
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扫描电镜的主要性能
放大倍数 分辨率 景深
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扫描电镜的主要性能
放大倍数
M=AC/AS
式中AC是荧光屏上图像的边长， AS是电子束在样品 上的扫描振幅。
目前大多数商品扫描电镜放大倍数为20-20000倍，介 于光学显微镜和透射电镜之间。
分辨率
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。
扫描电镜显微分析简介
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扫描电子显微镜
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扫描电子显微镜
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扫描电镜显微分析简介
概况 扫描电镜的优点 扫描电镜成像的物理信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜的构造 扫描电镜的主要性能 显微镜简称扫描电镜，英文缩 写：SEM。为适应不同要求，在扫描电镜 上安装上多种专用附件，实现一机多用， 使扫描电镜成为同时具有透射电子显微镜 （TEM）、电子探针X射线显微分析仪 （EPMA）、电子衍射仪（ED）等多种功 能的一种直观、快速、综合的表面分析仪 器。
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜成像与电视显象相似。扫描电镜图像按一定时间 空间顺序逐点扫描形成，并在镜体外显像管荧光屏幕上显 示出来。
由电子枪发射的能量达30keV的电子束，经会聚透镜和物 镜缩小聚焦，在试样表面形成具有一定能量、一定强度、 极小的点状电子束。在扫描线圈磁场作用下，电子束在试 样表面上按一定的时间、空间顺序作光栅式逐点扫描。
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扫 描 电 镜 成
像
示
意
图
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它利用电子束与样品的相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子束的产生与聚焦扫描电镜中的关键部件是电子枪，它通过热发射或者场发射的方式产生高能电子束。
电子束经过聚焦系统，通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高分辨率。
二、样品的制备与加载在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行制备。
常见的样品制备方法包括金属涂层、冷冻切片、离子切割等。
制备完成后，将样品加载到扫描电镜的样品室中。
三、扫描电子显微镜的工作模式1. 透射电子显微镜模式（TEM）透射电子显微镜模式是将电子束穿透样品，然后通过样品上的透射电子显微镜探测器进行成像。
这种模式适合于对样品内部结构的观察，可以提供高分辨率的成像。
2. 扫描电子显微镜模式（SEM）扫描电子显微镜模式是将电子束聚焦到样品表面，然后通过样品表面反射的次级电子、反射电子或者后向散射电子进行成像。
这种模式适合于对样品表面形貌和成份的观察。
四、扫描电子显微镜的成像原理1. 次级电子成像（SEI）次级电子成像是通过探测样品表面次级电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，会产生次级电子。
这些次级电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
2. 反射电子成像（BEI）反射电子成像是通过探测样品表面反射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面反射出来，这些反射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
3. 后向散射电子成像（BSEI）后向散射电子成像是通过探测样品表面后向散射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，部份电子会发生散射，并改变其运动方向。
这些后向散射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
五、扫描电子显微镜的分辨率扫描电子显微镜的分辨率是指它可以分辨出两个相邻物体之间的最小距离。
扫描电镜
原子序数衬度 原子序数衬度是由于试样表面物质原子 序数（或化学成分）差别而形成的衬度。利 用对试样表面原子序数（或化学成分）变化 敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可 以得到原子序数衬度图像。 电压衬度 电压衬度是由于试样表面电位差别而形 成的衬度。利用对试样表面电位状态敏感的 信号如二次电子，作为显像管的调制信号， 可得到电压衬度像。
3、扫描电子显微镜的特点
（1）制样方法简单,且可观察大块试样 （直径0～200mm）。 （2）场深大，适用于粗糙表面和断口 的分析观察；图像富有立体感、真实感、 易于识别和解释。 （3）放大倍数变化范围大，一般为 15～200000倍，最大可达10～80万倍， 对于多相、多组成的非均匀材料便于低 倍下的普查和高倍下的观察分析。
作用体积随入射 束能量增加而增大， 但发射系数变化不 大。 当试样表面倾角增 大时，作用体积改 变，且显著增加发 射系数。
二次电子发射系 数与入射束的能量 有关。随着入射束 能量增加，二次电 子发射系数减小。 二次电子发射 系数和试样表面倾 角有如下关系： δ(θ)=δ0/cosθ
背散射电子在试 样上方有一定的角 分布。垂直入射时 为余弦分布： η(φ)=η0cosφ 背散射电子发射系 数η=IB/I0随原子 序数增大而增大。
（4）具有相当的分辨率，一般为3～6nm， ）具有相当的分辨率，一般为3 6nm， 最高可达0.8nm。 最高可达0.8nm。 （5）可以通过电子学方法有效地控制和 改善图像的质量。 （6）可进行多种功能的分析。与X射线 谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微 区成分分析。 （7）可使用加热、冷却和拉伸等样品台 进行动态试验，观察在不同环境条件下 的相变及形态变化等。
扫描电子显微分析
一 二 三 四 扫描电子显微镜 扫描电镜图像及其衬度 扫描电镜试样制备 扫描电镜的应用
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如何获得高质量的图片
低加速电压观察的重要性
优点： ① 在低加速电压下，入射电子的扩散区域很小，空间分辨率高， 可以获得样品最表面的对比度信息； ② 低加速电压有利于减轻样品的荷电； ③ 低加速电压对样品的损伤小。
1μm １０ｋＶ １ｋＶ
电子在样品内扩散程度的模拟（样品：硅）
如何获得高质量的图片
高、低加速电压图像对比
电子束在样品和荧光屏同步扫描，出射信号强弱对应转换和显示（0-255， 黑白显示）。
扫描电镜成像基础
扫描电镜成像基础
样品的衬度
扫描电镜衬度的形成主要基于样品微区诸如表面形貌、原子序数或化学成分、 晶体结构或取向等方面存在着差异。入射电子与之相互作用，产生各种特征信号 ( 二次电子，背散射电子，吸收电子等 )，其强度就存在着差异，最后反映到显像管
微观
扫描电镜的发展背景
光学显微镜
罗伯特.胡克
软木片中的细胞结构
跳蚤
扫描电镜的发展背景
光学显微镜的极限
• 光的衍射对分辨率的限制性（E Abbe）：
：波长（390-760nm）；n：介质折射系数（香柏油n=1.51）；：入射光束孔径角 的一半（最大90°）
• 人眼的分辨率：0.10-0.20mm • 有效放大倍数：
影响扫描电镜成像的因素
扫描电镜的三种物镜
三种物镜在不同加速电压下对分辨率的影响
影响扫描电镜成像的因素
操作条件对成像的影响
加速 电压 调整 方式 信噪 比 衬度 分辨 率 ↑ ↑ 改善 仪器 合轴 对中 ↑ 改善 工作距离 长 改善 短 聚光镜激励 强 ↓ 弱 ↑ 改善 物镜光阑 大 ↑ 小 ↓ 像散 消除 改善 样品 位置 倾斜 ↑ 改善 信号 处理 降噪 改善 改善
艾里斑直径：
d 0.61
景深比对图片的影响
景深小 景深大
影响扫描电镜成像的因素
加速电压比对样品的损伤
损伤后的假像 真实形貌
样品：高分子滤膜
影响扫描电镜成像的因素
影响扫描电镜成像的关键因素
电子枪的种类：场发射、LaB6或钨灯丝的电子枪 电镜的像差：球差、色差、像散、衍射差 电磁透镜的型式:内透镜、外透镜、半内透镜
环境因素:振动、磁场、噪音、接地
“IEEE里程碑”奖设立于1983年，主要用于表彰那些在电气、电子、 信息及通信领域的革新中，自开发后历经25年以上仍被公认为对社 会及产业发展有巨大贡献的历史伟业。
扫描电镜的发展背景
SEM的特点
◆ 成像立体感强
放大倍数连续调节，范围大; 分辨率高； 样品制备简单，可观察大块样品 对样品的辐射损伤轻、污染小 景深大； ◆ 可以对固体样品表面和界面进行分析； ◆ 适合于观察比较粗糙的表面、材料断口和显微组织三维形态；
操作条件:加速电压、工作电流、电子束合轴、物镜光阑、 扫描速率、样品处理、真空度等
影响扫描电镜成像的因素
热电子发射 参数 W灯丝 阴极材质 工作温度 [K] 电子源直径 [um] 亮度 [A/cm2.sr] 能量分散 [eV] 工作真空度 [Pa] 闪烁 累计寿命 W 2,800 50 104 ～2.3 < 10-3 无需 100～200h LaB6灯丝 LaB6 1,900 5 105 ～1.5 < 10-5 无需 1年 肖特基 ZrO/W (100) 1,800 0.015 108 ～0.7 < 1x10-7 无需 1～2年 冷场 W(310) 常温 0.0025 109 ～0.3 < 1x10-8 1次/天 3～5年 场发射
分辨率对图片的影响
100nm
S-4800
試 料 加速電圧 倍 率 分辨率 : : : : 喷金颗粒 15kV 220kX 1.0nm 試 料 加速電圧 倍 率 分辨率
S-5500
: : : : 喷金颗粒 30kV 800kX 0.4nm
影响扫描电镜成像的因素
信噪比对图片的影响
信噪比差 信噪比好
影响扫描电镜成像的因素
15kV 5kV
低加速电压可以获得图像表面的信息
样品：陶瓷
如何获得高质量的图片
高、低加速电压图像对比
加速电压：15KV
加速电压：1KV
样品： 太阳能电池
如何获得高质量的图片
高、低加速电压图像对比
15kV 5kV
低加速电压可以减少电子束对样品的损伤
样品：人造纤维（镀金）
如何获得高质量的图片
工作距离的选择
影响扫描电镜成像的因素
影响扫描电镜成像的因素
分辨率高，显微结构清晰可辨
如 何 评 价 扫 描 电 镜 图 片
衬度适中，图像中无论 黑区或白区的细节都能看清楚 信噪比好，没有明显的雪花状噪声 景深好，图像没有 局域的欠焦或过焦现象 真实，图片所展示的 是真实的样品形貌和结构
影响扫描电镜成像的因素
荧光屏上的图像就有一定的衬度。
形貌衬度
成分衬度
扫描电镜成像基础
入射电子与样品的相互作用
扫描电镜成像基础
常见信号电子的用途
用途 形貌观察 元素分析 结晶分析 化学态 电磁性质 信号 二次电子，背散射电子，透射电子 特征X射线，俄歇电子，背散射电子 背散射电子，二次电子，透射电子，阴极荧光 特征X射线，俄歇电子，阴极荧光 背散射电子，吸收电子，透射电子，二次电子
钨灯丝
LaB6灯丝
场发射灯丝
影响扫描电镜成像的因素
透镜对远离/靠近光轴部分电子的折 射能力不同引起：
电 磁 动性和物镜光阑引起：
磁线圈加工误差引起
影响扫描电镜成像的因素
扫描电镜的三种物镜
外透镜方式
虚拟透镜 电子束
内透镜方式
二次电子 探测器 电子束 虚拟透镜
如何获得高质量的图片
照射电子在样品内部的散乱
入射电子束在样品中的扩展效应影响分辨率
如何获得高质量的图片
加速电压、样品原子序数对空间分辨率的影响
Si（微米）
直径 10KV 15KV 20KV 2.9 5.5 8.6 深度 1.5 3 4.9
Cu（微米）
直径 0.1 0.8 1.6 深度 0.1 0.6 1.1
扫描电镜的结构和工作原理
扫描电镜的结构示意图
电子枪 真空泵 聚光器 电子束 偏转增幅器 偏转线圈 物镜 样品 真空泵 二次电子 检测器 增幅器 二次电子
监视器
偏转线圈
样品室
扫描电镜的结构和工作原理
电子枪 探测器
聚光镜光阑 物镜可动光阑 轨迹球 样品仓 旋钮板
显示器
扫描电镜的结构和工作原理
扫描电镜的成像原理
扫描电镜简介
应用工程师 周海鑫 zhouhaixin@
天美（中国）科学仪器有限公司
主要内容
1. 扫描电镜的发展背景
2. 扫描电镜的结构和工作原理 3. 影响扫描电镜成像的关键因素
4. 扫描电镜观察常见的问题
扫描电镜的发展背景
扫描电镜的发展背景 人类认识自然界的两个方向
宏观
↑
↑
↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
-
操作条件的选择是否合适是影响扫描电镜成像的最重要的因素，不同设置 条件对图片质量的影响是相互关联的，只有在不同操作条件下寻找最合适的参 数组合才能获得高质量的图片。
如何获得高质量的图片
如何获得高质量的图片
电子光学系统合轴
扫描电镜的电子光学系统包括电子枪、聚光镜、物镜和物镜光阑几 部分，为 保证电子束沿这些部件的轴线穿过，必须调节这些部件同轴。 电子枪与透镜合轴：扫描电镜的聚光镜和物镜是一体化安装的，出厂前已 经合轴，使用中的合轴以该光轴位基准，平常使用中只需要转动合轴旋钮 控制电子束偏转，使图像最亮即可。
成分衬度：C=1-I1/I2=1-η1/η2
I1和I2为探测器信号强度，η1和η2为背散射电子产率
扫描电镜成像基础
背散射电子成分衬度的特点：
• 如果样品是由几种不同元素组成的化合物，其BSE产率随平均原子序 数的增加而增加；
• 原子序数相近的两个元素的成分衬度低，原子序数相差大的元素成分 衬度大； • 由η ~Z曲线可知，在低原子序数区域，原子序数差异引起的成分衬度 大，而高原子序数区域，原子序数差异引起的成分衬度小； • 背散射电子在不同出射方向上的产率也不同，其出射轨迹可用如下公 式描述： E
扫描电镜的发展背景
电子显微镜
1932 年 ， 德 国 工 程 师 Max Knoll 和Ernst Ruska制造出了 世界上第一 台 透 射 电 子 显 微 镜(TEM)。
Max Knoll(1897-1969)
Ernst Ruska(1906-1988)
电子显微镜的分辨率可以达到纳米级，可以用来观察很多在可见光 下看不见的物体，例如病毒。
扫描电镜成像基础
SE和BSE的电子能量幅度
扫描电镜成像基础
二次电子的形貌衬度
二次电子产额：对于表面光滑的样品，当入射电子束大于1kv时，二次电子产 额δ与样品倾角θ成余弦关系。
δ与θ的关系曲线
形貌与δ(I)的关系
扫描电镜成像基础
扫描电镜成像基础
背散射电子的成分衬度
背散射电子是由入射电子经过样品原子核发射后得到的电子信号，其能 量和出射产率与样品原子序数大小有关，原子序数高的元素原子结构复杂， 入射电子受到散射变成背散射电子的机会多，产额大。
◆可进行多种功能分析
可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态实验观察
扫描电镜的发展背景
光学显微镜和电子显微镜的区别
扫描电镜的发展背景
光学显微镜和电子显微镜的区别
不
扫描电镜的结构和工作原理
扫描电镜的结构和工作原理
扫描电镜的结构
电子光学系统：电子枪、聚光镜、物镜、各级光阑、 扫描线圈、消像散器、合轴线圈等。 成像系统：各种信号探测器（SE、BSE探测器，特征X 射线探测器、阴极荧光探测器等），信号放大输出电 路，图像显示模块等。 真空系统：各种真空泵（机械泵、分子泵、离子泵 等），真空阀门，真空管道，显示仪表，检测设备等。 电气系统：各种电源（高压电源、扫描电源、透镜电 源等），安全系统，控制系统等。