SEM-EDS扫描电镜和能谱仪课件
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扫描电子显微镜ppt课件
信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果 安微镜的样品室内还配有多种附 件，可使样品在样品台上能进行加热、冷却、拉伸等试验， 以便研究材料的动态组织及性能。
二、信号的收集和图像显示系 统
信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大 器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下 产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的 调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪 烁计数器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起 电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见 光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即 又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大 后就成为调制信号。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像 管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每 一点的亮度是根据样品上被激发出来的 信号强度来调制的，因此样品上各点的 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就可以在显像管上看到一幅 反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此在较深区域中产生的俄歇电子 在向表层运动时必然会因碰撞而损失能 量,使之失去了具有持征能量的特点.
二、信号的收集和图像显示系 统
信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大 器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下 产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的 调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪 烁计数器来进行检测。信号电子进入闪烁体后即引起 电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见 光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即 又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大 后就成为调制信号。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像 管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每 一点的亮度是根据样品上被激发出来的 信号强度来调制的，因此样品上各点的 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就可以在显像管上看到一幅 反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此在较深区域中产生的俄歇电子 在向表层运动时必然会因碰撞而损失能 量,使之失去了具有持征能量的特点.
SEM和EDS
附件易配置：同时进行形貌观察和成分分析
电子束与固体样品相互作用时产 生的物理信号
电子散射分类： （1）弹性散射：方向改变，能量
基本不变 特点：符合布拉格定律，携带晶
体结构﹑对称性﹑取向和样品厚度 等信息。 （2）非弹性散射：既改变方向，又 减少能量
特点：伴有其它信息的产生， 也可能携带成分和化学信息 。 电子显微镜常用的信号 二次电子，背散射电子， X射线，俄歇电子，透射电子，吸收电子，阴极荧光
Si(Li)检测器
目前最常用的是Si(Li)X射线能谱仪，其关键部件是Si(Li) 检测器，即锂漂移硅固态检测器，它实际上是一个以Li为施 主杂质的n-i-p型二极管。
Si(Li)检测器探头结构示意图
锂漂移硅Si(Li)探测器
Si(Li)探测器处于真空系统内，其前方有一个7-8 m的铍窗，整个探头装在与存有液氮的杜瓦瓶相 连的冷指内。
扫描电镜的特点
高分辨率：1nm
较高的放大倍数（20-20万倍连续可调）
景深大：成像富有立体感，可直接观察各种凹凸 不平表面的细微结构
试样制备简单
只要将块状或粉末的、导电的或不导电的试样 不加处理或稍加处理，就可直接放到SEM中进行观察。 一般来说，比透射电子显微镜（TEM）的制样简单， 且可使图像更近于试样的真实状态。
2.分析元素范围广
可分析Be-C f元素，基本涵盖了日常所用材料中的元素。
3.分析速度块，不损坏试样
可快速自动进行点﹑线﹑面多种方法分析，几分钟即可完成定性和定量 分析，分析过程不损害试样。
4.定性定量准确
主元素定量分析相对误差为2%-3%
5.制样简单﹑测试方便
能谱仪的分析方法
一、点分析，指入射电子束固定在试样的分析点上进行的定性或定量分 析，也可以描述 为高倍下入射电子束集中于试样表面非常微小区域扫描
电子束与固体样品相互作用时产 生的物理信号
电子散射分类： （1）弹性散射：方向改变，能量
基本不变 特点：符合布拉格定律，携带晶
体结构﹑对称性﹑取向和样品厚度 等信息。 （2）非弹性散射：既改变方向，又 减少能量
特点：伴有其它信息的产生， 也可能携带成分和化学信息 。 电子显微镜常用的信号 二次电子，背散射电子， X射线，俄歇电子，透射电子，吸收电子，阴极荧光
Si(Li)检测器
目前最常用的是Si(Li)X射线能谱仪，其关键部件是Si(Li) 检测器，即锂漂移硅固态检测器，它实际上是一个以Li为施 主杂质的n-i-p型二极管。
Si(Li)检测器探头结构示意图
锂漂移硅Si(Li)探测器
Si(Li)探测器处于真空系统内，其前方有一个7-8 m的铍窗，整个探头装在与存有液氮的杜瓦瓶相 连的冷指内。
扫描电镜的特点
高分辨率：1nm
较高的放大倍数（20-20万倍连续可调）
景深大：成像富有立体感，可直接观察各种凹凸 不平表面的细微结构
试样制备简单
只要将块状或粉末的、导电的或不导电的试样 不加处理或稍加处理，就可直接放到SEM中进行观察。 一般来说，比透射电子显微镜（TEM）的制样简单， 且可使图像更近于试样的真实状态。
2.分析元素范围广
可分析Be-C f元素，基本涵盖了日常所用材料中的元素。
3.分析速度块，不损坏试样
可快速自动进行点﹑线﹑面多种方法分析，几分钟即可完成定性和定量 分析，分析过程不损害试样。
4.定性定量准确
主元素定量分析相对误差为2%-3%
5.制样简单﹑测试方便
能谱仪的分析方法
一、点分析，指入射电子束固定在试样的分析点上进行的定性或定量分 析，也可以描述 为高倍下入射电子束集中于试样表面非常微小区域扫描
能谱仪的结构原理及使用ppt课件
超薄窗口型（UTW type : ultra thin window type ）
它吸收X射线少，可以测量C(Z＝6)以上的
比较轻的元素。
7
二、能谱仪结构及工作原理
EDS的分析技术
（1）X射线的测量
当用强电子束照射试样，产生大量的X射线时，
系统的漏计数的百分比就称为死时间Tdead,它可以 用输入侧的计数率RIN和输出侧的计数率ROUT来表
3
二、能谱仪结构及工作原理
特征X射线的产生
产生：内壳层电子被轰击后跳到比费米能高的能级
上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填 入时，作为多余的能量放出的就是特征X射线。
特点：特征X射线具有元素固有的能量，所以，将
它们展开成能谱后，根据它的能量值就可以确定元 素的种类，而且根据谱的强度分析就可以确定其含 量。
9
二、能谱仪结构及工作原理
图2 入射电子束在试样内的扩散 10
二、能谱仪结构及工作原理
（3）峰/背比（P/B）
按照札卢泽克（Zaluzec）理论，探测到的薄膜试样 中元素的X射线强度N的表示式如下：
N=(IσωpN0ρCtΩ)/4επM
式中：
I——入射电子束强度； σ——离化截面；
ω——荧光产额；
29
四、能谱分析举例
图6 EDS应用实例之三——元素的面分布
30
五、实验报告要求
简要说明能谱仪的工作原理（X射线的接收、 转换及显示过程）。
结合自己的课题（或实验），简述能谱仪在 材料科学中的应用。
针对实际分析用的样品，说明选择能谱分析 参数的依据。
31
END！
32
应该 对样品进行适当的处理，尽量使样品表 面平整、光洁和导电。
(精品)扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS
背散射电子检测
EDS
能量分辨率：132eV 分析范围:Be-U
JEOL-6380/SEM的工作界面
颗粒
10，0000-Au 6，0000-纳米晶 金刚石
薄膜及涂层材料
昆虫
生物材料 头发
EDAX-EDS的工作界面---谱线收集
能谱谱线收集实例
Element CK OK AlK SiK MoL CrK MnK FeK
6 能谱仪（EDS）的结构
7 能谱仪（EDS）的特点
优点
1）快速并且可以同时探测不同能量的X-光能谱 2）接受信号的角度大。 3）仪器设计较为简单 4）操作简单
性能 分析时间 检测效果 谱鉴定 试样对检测影响 探测极限 定量分析精度
EDS 几分钟 100％ 简单 较小
700ppm ±5－10％
缺点
1）能量解析度有限 2）对轻元素的探测能力有限
3）探测极限 4) 定量能力有限
8 仪器功能介绍及应用
型号 日本电子JEOL-6380LV 美国EDAX GENESIS 2000
SEM/EDS的主要性能指标
SEM
分辨率：高真空模式：3.0nm；低真空模式：4.0nm 低真空：1－270Pa 加速电压：0.5KV-30KV 放大倍数：5倍-30万倍 电子枪：W发卡灯丝式 检测器：高真空模式和低真空模式下的二次电子检测，
号，大小和极性相同，而对于形貌信
息，两个检测器得到的信号绝对值相
同，其极性相反。
Al
Sn
二次电子图像 VS. 背散射电子图像
4 扫描电镜对样品的作用－－
物镜光栏、工作距离与样品之间的关系
物镜光栏的影响
工作距离的影响
5 能谱仪（EDS）的工作原理
EDS
能量分辨率：132eV 分析范围:Be-U
JEOL-6380/SEM的工作界面
颗粒
10，0000-Au 6，0000-纳米晶 金刚石
薄膜及涂层材料
昆虫
生物材料 头发
EDAX-EDS的工作界面---谱线收集
能谱谱线收集实例
Element CK OK AlK SiK MoL CrK MnK FeK
6 能谱仪（EDS）的结构
7 能谱仪（EDS）的特点
优点
1）快速并且可以同时探测不同能量的X-光能谱 2）接受信号的角度大。 3）仪器设计较为简单 4）操作简单
性能 分析时间 检测效果 谱鉴定 试样对检测影响 探测极限 定量分析精度
EDS 几分钟 100％ 简单 较小
700ppm ±5－10％
缺点
1）能量解析度有限 2）对轻元素的探测能力有限
3）探测极限 4) 定量能力有限
8 仪器功能介绍及应用
型号 日本电子JEOL-6380LV 美国EDAX GENESIS 2000
SEM/EDS的主要性能指标
SEM
分辨率：高真空模式：3.0nm；低真空模式：4.0nm 低真空：1－270Pa 加速电压：0.5KV-30KV 放大倍数：5倍-30万倍 电子枪：W发卡灯丝式 检测器：高真空模式和低真空模式下的二次电子检测，
号，大小和极性相同，而对于形貌信
息，两个检测器得到的信号绝对值相
同，其极性相反。
Al
Sn
二次电子图像 VS. 背散射电子图像
4 扫描电镜对样品的作用－－
物镜光栏、工作距离与样品之间的关系
物镜光栏的影响
工作距离的影响
5 能谱仪（EDS）的工作原理
SEM-EDS扫描电镜和能谱仪
➢接物透鏡Objective Lens -主要是功能是改變電子束對試片之間的距離. -在影像上是對聚焦focus的改變
Yoke
Pole piece
Coil
Specimen
Working distance WD
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢ 電子束對試片所產生的能量
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢ 二次電子與背向電子之區別
背向電子產生原子序對比影像BEI
Sn Pb
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢二次電子與背相電子影像比較 SEI vs BEI
JDC
七.電子顯微鏡的應用範圍
掃描式電子顯微鏡應用範圍非常之廣泛,主要目的為將微小 物體放大至能觀察之範圍,所觀察之種類包含以下幾種:
➢生物：種子、花粉、細菌……
➢醫學 ：血球、病毒……
美国国家自然科学基金支持的纳米材料的研究机构
➢The Cornell Nanoscale Facility at Cornell University ➢The Stanford Nanofabrication Facility at Stanford University ➢The Solid State Electronics Laboratory at the University of Michigan ➢The Microelectronics Research Center at the Georgia Institute of Technology ➢The Center for Nanotechnology at the University of Washington ➢The Penn State Nanofabrication Facility at the Pennsylvania State University ➢Nanotech at the University of California at Santa Barbara ➢The Minnesota Nanotechnology Cluster MINTEC at the University of Minnesota ➢The Nanoscience at the University of New Mexico ➢The Microelectronics Research Center at University of Texas at Austin ➢The Center for Imaging and Mesoscale Structures at Harvard University ➢The Howard Nanoscale Science and Engineering Facility at Howard University ➢The Triangle National Lithography Center at NCSU DUV lithography only Affiliate
Yoke
Pole piece
Coil
Specimen
Working distance WD
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢ 電子束對試片所產生的能量
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢ 二次電子與背向電子之區別
背向電子產生原子序對比影像BEI
Sn Pb
六.電子顯微鏡對試片的作用
➢二次電子與背相電子影像比較 SEI vs BEI
JDC
七.電子顯微鏡的應用範圍
掃描式電子顯微鏡應用範圍非常之廣泛,主要目的為將微小 物體放大至能觀察之範圍,所觀察之種類包含以下幾種:
➢生物：種子、花粉、細菌……
➢醫學 ：血球、病毒……
美国国家自然科学基金支持的纳米材料的研究机构
➢The Cornell Nanoscale Facility at Cornell University ➢The Stanford Nanofabrication Facility at Stanford University ➢The Solid State Electronics Laboratory at the University of Michigan ➢The Microelectronics Research Center at the Georgia Institute of Technology ➢The Center for Nanotechnology at the University of Washington ➢The Penn State Nanofabrication Facility at the Pennsylvania State University ➢Nanotech at the University of California at Santa Barbara ➢The Minnesota Nanotechnology Cluster MINTEC at the University of Minnesota ➢The Nanoscience at the University of New Mexico ➢The Microelectronics Research Center at University of Texas at Austin ➢The Center for Imaging and Mesoscale Structures at Harvard University ➢The Howard Nanoscale Science and Engineering Facility at Howard University ➢The Triangle National Lithography Center at NCSU DUV lithography only Affiliate
SEM和EDS的现代分析测试方法(共36张PPT)
一. 在金属材料方面的应用 二. 在高分子材料方面的应用 三. 在石油、地质、矿物方面的应用
四. 在半导体器件及集成电路方面的应
用
五. 在生物医学上的应用
一. 在金属材料方面的应用
断口分析：解理断口、准解理断口、
韧性断裂、沿晶断裂等.
铸铁研究：铸铁中的石墨形态、铸 铁中化学成分的微区分析.
事故、故障分析
热场发射型电子枪
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
组成: 扫描信号发生器、放大控制器等 电子学线路和相应的扫描线圈。
作用: 提供入射电子束在样品表面上以 及阴极射线管电子束在荧光屏上
的同步扫描信号; 改变入射电子
束在样品表面扫描振幅，以获得
所需放大倍数的扫描像。
三. 信号检测放大系统
作用：检测样品在入射电子束作 用下产生的物理信号，然
面某种特征的扫描图象，
醇、丙酮或超声波清洗法清理
显象管荧光屏边长
.
电子检测器：由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。
二. 放大倍数
显微镜的放大倍数: 象与物大小之比
TEM和OM: M总=M１M２……Ｍｎ 式中： M１……Ｍｎ——各个透镜的放大倍数 n ——透镜数目
SEM中透镜的作用：
缩小电子束交叉斑
（优选）SEM和EDS的现代分 析测试方法
第二节 电子束与固体样品 相互作用
一．背散射电子
二．二次电子
三．吸收电子
四．透射电子
五．特征Ｘ射线
六．俄歇电子
七．阴极荧光
八．电子束感生电效应
１．电子束感生电导信号 ２．电子束感生电压信号
第三节 SEM工作原理
第四节 SEM的构造
一. 电子光学系统
四. 在半导体器件及集成电路方面的应
用
五. 在生物医学上的应用
一. 在金属材料方面的应用
断口分析：解理断口、准解理断口、
韧性断裂、沿晶断裂等.
铸铁研究：铸铁中的石墨形态、铸 铁中化学成分的微区分析.
事故、故障分析
热场发射型电子枪
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
组成: 扫描信号发生器、放大控制器等 电子学线路和相应的扫描线圈。
作用: 提供入射电子束在样品表面上以 及阴极射线管电子束在荧光屏上
的同步扫描信号; 改变入射电子
束在样品表面扫描振幅，以获得
所需放大倍数的扫描像。
三. 信号检测放大系统
作用：检测样品在入射电子束作 用下产生的物理信号，然
面某种特征的扫描图象，
醇、丙酮或超声波清洗法清理
显象管荧光屏边长
.
电子检测器：由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。
二. 放大倍数
显微镜的放大倍数: 象与物大小之比
TEM和OM: M总=M１M２……Ｍｎ 式中： M１……Ｍｎ——各个透镜的放大倍数 n ——透镜数目
SEM中透镜的作用：
缩小电子束交叉斑
（优选）SEM和EDS的现代分 析测试方法
第二节 电子束与固体样品 相互作用
一．背散射电子
二．二次电子
三．吸收电子
四．透射电子
五．特征Ｘ射线
六．俄歇电子
七．阴极荧光
八．电子束感生电效应
１．电子束感生电导信号 ２．电子束感生电压信号
第三节 SEM工作原理
第四节 SEM的构造
一. 电子光学系统
东华大学-扫描电镜-sem-和EDS课件
电子探针结构示意图
一、能谱仪
能谱仪全称为能量分散谱仪(Energy Dispersive X-ray Spectrometer ，EDS, EDX)．
功能：化学元素定性、定量和分布影像分析
扫描电镜配备X射线能谱仪EDS后发展成分析扫描电镜， 不仅比X射线波谱仪WDS分析速度快、灵敏度高、也可 进行定性和无标样定量分析。
不同的物理信号，要用不同类型的收集系统。 闪烁计数器是最常用的一种信号检测器，它由闪烁体、光导管、光电
倍增管组成。具有低噪声、宽频带(10 Hz~1 mHz)、高增益(106) 等特点，可用来检测二次电子、背散射电子等信号。
4．图像显示和记录系统
作用：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射线 管荧光屏上的图像，供观察或记录。
扫描电镜
各种新型的电子显微镜是我们看到另一个美 丽奇妙的世界的窗口
同时获得结构（衍射）、形貌（成象）和成分 （X光能谱和波谱、电子能量损失谱、俄歇电子 谱等）信息；
电子束的波长很小，可覆盖从微观到宏观的所有 结构尺度；
高分辨率。
缺点主要是电子穿透能力弱（穿透能力为十分之
一难微；米电量 子级 与） 物扫， 质描电带的镜来作样用品十制分备强和烈实，验致等 使方 结面 果的 分电困 析子探针
光学显微镜的分辩率
0.2 μm
微观结构分析基本原理
出射束
入射束
物质
用载能粒子作为入射束轰击样品，在与样品相互作用后便 带有样品的结构信息，分为吸收和发射光谱。
所用波长应该与要分析的结构细节相应，例如要想分析原 子排列，必须用波长接近或小于原子间距的入射束。
电子、光子和中子是最常见的束源。
透射电较镜复杂。
sem扫描电镜ppt课件
II. 背散射电子成像：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。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。
ppt课件
18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
ppt课件
5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
ppt课件
6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 源。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子 束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
ppt课件
7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
ppt课件
1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
ppt课件
2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
ppt课件
15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
ppt课件
16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
ppt课件
18
二次电子像的信号是二次电子，用于表面形貌分析；背散射电子 像的信号是背散射电子，用于成分分析。因此二次电子像对形貌 敏感，背散射电子像对成分敏感。
ppt课件
5
图2 JSM-6301F场发射扫描电镜的结构
ppt课件
6
电子光学系统
组成：电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部 件。
作用：获得扫描电子束、作为产生物理信号的激发 源。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子 束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
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7
电子枪
✓ 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大 多数扫描电镜采用热阴极电子枪。优点：灯丝价格便宜，真 空要求不高；缺点：发射效率低，发射源直径大，分辨率低。
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1
主要内容
SEM的工作原理 SEM的主要结构 SEM的组成部分 SEM的主要性能参数 SEM的优点 应用举例
ppt课件
2
SEM的工作原理
电子枪发射电子束（直径50μm）。电压加速、磁透镜系统汇 聚，形成直径约5nm的电子束。
电子束在偏转线圈的作用下，在样品表面作光栅状扫描，激发 多种电子信号。
ppt课件
15
SEM的主要性能参数
分辨率 放大倍数 景深
ppt课件
16
分辨率
对微区成分分析而言，分辨率是指能分析的最小区域；对成像 而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
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size 鎢絲 20m 5x104 50~100
LaB6 10m 3x105 300~500
FEG 5~10nm 107 (cold)
>1 year
操作溫度 所需真空 （oC） （Torr）
2800
10-5
1800
10-6
RT
10-8
發射電流 （A）
特性
10 50 50~100
穩定，大電 流
高解析時具 大電流 高解析
Extracting
voltage circuit
－
+
Electron source: 5nm
Accelerating electrode
－ Accelerating
+
voltage circuit
PPT学习交流
19
五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
(二).各種電子槍特性比較表:
電子源 Electron 20KV之亮度 LifeTime source （A/cm2Sr） （hr）
PPT学习交流
20
五.掃描式電子顯微鏡的構造-電磁透鏡
PPT学习交流
2
一.前言
• 什麼是顯微鏡: - 顯微鏡是一種用來將
微小物體放大以便利觀 察的器具。
PPT学习交流
3
二.電子顯微鏡發展
➢ 1873 Abbe 和 Helmholfz 分 別 提 出 解 像 力 與 照 射 光 的波長成反比。奠定了顯微鏡的理論基礎。
➢ 1897 J.J. Thmson 發現電子
SEM/EDS構造與原理探討
• 掃描式電子顯微鏡的構造與原 理
• 能量散射光譜儀的構造與原理
PPT学习交流
1
介紹大綱
• 一.前言 • 二.電子顯微鏡的發展 • 三.電子顯微鏡的種類 • 四.掃描式電子顯微鏡的原理 • 五.掃描式電子顯微鏡的構造 • 六.電子顯微鏡對試片的作用 • 七.電子顯微鏡的應用範圍 • 八.EDS硬體架構與處理方式介紹 • 九.EDS功能介紹
➢1940-41 RCA 公 司 推 出 美 國 第 一 部 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡(解像力50 nm) 。
➢1941-63 解 像 力 提 昇 至 2~3 Å （ 穿 透 式 ） 及 100Å （掃描式）
➢1960 Everhart and Thornley 發明二次電子偵測器。
➢1965 第一部商用SEM出現(Cambridge)
➢ 1924 Louis de Broglie （ 1929 年 諾 貝 爾 物 理 獎 得 主 ） 提出電子本身具有波動的物理特性，進一步提 供電子顯微鏡的理論基礎。
➢ 1926 Busch 發 現 電 子 可 像 光 線 經 過 玻 璃 透 鏡 偏 折 一般，由電磁場的改變而偏折。
➢ 1931 德 國 物 理 學 家 Knoll 及 Ruska 首 先 發 展 出 穿透 式電 子 顯 微 鏡 原 型 機 。
➢ 1937 首 部 商 業 原 型 機 製 造 成 功 （ Metropolitan Vickers 牌 ） 。
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二.電子顯微鏡發展
➢1938 第 一 部 掃 描 電 子 顯 微 鏡 由 Von Ardenne 發 展 成功。
➢1938-39 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 正 式 上 市 （ 西 門 子 公 司, 50KV~100KV, 解像力20~30 Å） 。
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三.電子顯微鏡的種類
•SEM/TEM/OM的構造比較表
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三.電子顯微鏡的種類
•SEM/TEM/OM的影像比較
樣品:鼠腎球體
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四.掃描式電子顯微鏡的原理
• 由電子源發射出電子
後，在真空電子槍內
下，經由掃瞄線圈，
使電子束於試片室內
對試片表面作掃瞄，
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三.電子顯微鏡的種類
(2)穿透式電子顯為鏡(TEM)
• 穿透式電子顯微鏡觀察試片之 製作較繁複，必需有熟練之技 巧，同時，試片之實體感也會 降低。
• 穿透式電子顯微鏡將欲觀察的 試片放在電子槍內，使觀察的 解析度比掃描式高.但因為電子 束須穿透試片，所以所需的加 速電壓相對比掃描式電子顯微 鏡來的高.
掃瞄之區域愈大則顯
示於螢幕上之倍率愈
小，反之則愈大. 當
電子束作用於試片表
面時會激發出電子訊
號，由試片室內之偵
測器，偵測其訊號後
經數位放大後在螢幕
上顯像.
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-照明系统
电子枪、聚光镜 为成像系统提供一个亮度高、尺寸小的照明光点
電子槍的種類: (1)FEG(field Emission Gun单晶鎢) (2)Lab6(六硼化鑭) (3)W filament(鎢陰極)
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
W filament
LaB PPT学习交流 6
FEG
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
➢Field emission 電子槍的動作原理
Flash circuit
Emitter Extracting electrode
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三.電子顯微鏡的種類
(1)掃描式電子顯微鏡(SEM)
• 有很大的景深，對粗糙的表面， 例如凹凸不平的金屬斷面顯示 得很清楚，而立體感很強。所 以，掃描電鏡是研究固體試片 表面形貌的有力工具
• 掃描式電子顯微鏡將欲觀察的 試片放在底部，電子束與試片 作用產生二次電子的激發，在 經收集放大，所以加速電壓與 解析度沒有穿透式來的高，但 試片更換與製作比較方便.
➢1966 JEOL (日本电子）發表第一部商用SEM(JSM-1)
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6
JSM6500F
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顯微鏡可見的範圍
• 肉眼可見物體的範圍:
~0.1cm
•光學顯微鏡可見的範 圍:
~1um
• 掃描式電子顯微鏡可 見的範圍:
~10nm
• 穿透式電子顯微鏡可
見的範圍:
Tick:
~0.1nm Any of numerous small bloodsucking parasitic arachnids of the family Ixodidae, many of which transmit
febrile diseases, such as Rocky Mountain spottePdPTf学ev习e交r 流and Lyme disease.
LaB6 10m 3x105 300~500
FEG 5~10nm 107 (cold)
>1 year
操作溫度 所需真空 （oC） （Torr）
2800
10-5
1800
10-6
RT
10-8
發射電流 （A）
特性
10 50 50~100
穩定，大電 流
高解析時具 大電流 高解析
Extracting
voltage circuit
－
+
Electron source: 5nm
Accelerating electrode
－ Accelerating
+
voltage circuit
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
(二).各種電子槍特性比較表:
電子源 Electron 20KV之亮度 LifeTime source （A/cm2Sr） （hr）
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電磁透鏡
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一.前言
• 什麼是顯微鏡: - 顯微鏡是一種用來將
微小物體放大以便利觀 察的器具。
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二.電子顯微鏡發展
➢ 1873 Abbe 和 Helmholfz 分 別 提 出 解 像 力 與 照 射 光 的波長成反比。奠定了顯微鏡的理論基礎。
➢ 1897 J.J. Thmson 發現電子
SEM/EDS構造與原理探討
• 掃描式電子顯微鏡的構造與原 理
• 能量散射光譜儀的構造與原理
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介紹大綱
• 一.前言 • 二.電子顯微鏡的發展 • 三.電子顯微鏡的種類 • 四.掃描式電子顯微鏡的原理 • 五.掃描式電子顯微鏡的構造 • 六.電子顯微鏡對試片的作用 • 七.電子顯微鏡的應用範圍 • 八.EDS硬體架構與處理方式介紹 • 九.EDS功能介紹
➢1940-41 RCA 公 司 推 出 美 國 第 一 部 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡(解像力50 nm) 。
➢1941-63 解 像 力 提 昇 至 2~3 Å （ 穿 透 式 ） 及 100Å （掃描式）
➢1960 Everhart and Thornley 發明二次電子偵測器。
➢1965 第一部商用SEM出現(Cambridge)
➢ 1924 Louis de Broglie （ 1929 年 諾 貝 爾 物 理 獎 得 主 ） 提出電子本身具有波動的物理特性，進一步提 供電子顯微鏡的理論基礎。
➢ 1926 Busch 發 現 電 子 可 像 光 線 經 過 玻 璃 透 鏡 偏 折 一般，由電磁場的改變而偏折。
➢ 1931 德 國 物 理 學 家 Knoll 及 Ruska 首 先 發 展 出 穿透 式電 子 顯 微 鏡 原 型 機 。
➢ 1937 首 部 商 業 原 型 機 製 造 成 功 （ Metropolitan Vickers 牌 ） 。
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二.電子顯微鏡發展
➢1938 第 一 部 掃 描 電 子 顯 微 鏡 由 Von Ardenne 發 展 成功。
➢1938-39 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 正 式 上 市 （ 西 門 子 公 司, 50KV~100KV, 解像力20~30 Å） 。
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三.電子顯微鏡的種類
•SEM/TEM/OM的構造比較表
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三.電子顯微鏡的種類
•SEM/TEM/OM的影像比較
樣品:鼠腎球體
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四.掃描式電子顯微鏡的原理
• 由電子源發射出電子
後，在真空電子槍內
下，經由掃瞄線圈，
使電子束於試片室內
對試片表面作掃瞄，
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三.電子顯微鏡的種類
(2)穿透式電子顯為鏡(TEM)
• 穿透式電子顯微鏡觀察試片之 製作較繁複，必需有熟練之技 巧，同時，試片之實體感也會 降低。
• 穿透式電子顯微鏡將欲觀察的 試片放在電子槍內，使觀察的 解析度比掃描式高.但因為電子 束須穿透試片，所以所需的加 速電壓相對比掃描式電子顯微 鏡來的高.
掃瞄之區域愈大則顯
示於螢幕上之倍率愈
小，反之則愈大. 當
電子束作用於試片表
面時會激發出電子訊
號，由試片室內之偵
測器，偵測其訊號後
經數位放大後在螢幕
上顯像.
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-照明系统
电子枪、聚光镜 为成像系统提供一个亮度高、尺寸小的照明光点
電子槍的種類: (1)FEG(field Emission Gun单晶鎢) (2)Lab6(六硼化鑭) (3)W filament(鎢陰極)
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
W filament
LaB PPT学习交流 6
FEG
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
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五.掃描式電子顯微鏡的構造-電子槍
➢Field emission 電子槍的動作原理
Flash circuit
Emitter Extracting electrode
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三.電子顯微鏡的種類
(1)掃描式電子顯微鏡(SEM)
• 有很大的景深，對粗糙的表面， 例如凹凸不平的金屬斷面顯示 得很清楚，而立體感很強。所 以，掃描電鏡是研究固體試片 表面形貌的有力工具
• 掃描式電子顯微鏡將欲觀察的 試片放在底部，電子束與試片 作用產生二次電子的激發，在 經收集放大，所以加速電壓與 解析度沒有穿透式來的高，但 試片更換與製作比較方便.
➢1966 JEOL (日本电子）發表第一部商用SEM(JSM-1)
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JSM6500F
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顯微鏡可見的範圍
• 肉眼可見物體的範圍:
~0.1cm
•光學顯微鏡可見的範 圍:
~1um
• 掃描式電子顯微鏡可 見的範圍:
~10nm
• 穿透式電子顯微鏡可
見的範圍:
Tick:
~0.1nm Any of numerous small bloodsucking parasitic arachnids of the family Ixodidae, many of which transmit
febrile diseases, such as Rocky Mountain spottePdPTf学ev习e交r 流and Lyme disease.