钨灯丝扫描电镜原理
扫描电镜原理
Z和背散射电子产额之间的关系
9
4、成像原理、信号采集及应用（5）
背散射电子检测器的成像原理：
A、B：表示一对半导体硅检测器。
a）如果一成分不均匀但是表面抛光平整 的样品做成分分析时，若把A和B信号相 加，A、B两检测器收集到的信号大小是
相同的，得到的是信号放大一倍的成分像； 若把A和B信号相减，则成一条水平线， 表示抛光表面的形貌像。
根据上述原理图画出的 二次电子形貌衬度示意图
7
3、成像原理、信号采集及应用（3）
电子检测器：它由闪烁体、光电管、光电倍增器组成。
电子检测器工作原理：当电子信号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
a）
b）
半导体硅对检测器的工作原理
10
4、成像原理、信号采集及应用（6）
原子序数衬度 ： 对于分析不同种类的物相是十分有效的。 因为物相成分不同，所激发出的背散射电子数量也不同，使扫描电子 显微图像上出现亮度上的差别。
A－B：形貌像
A＋B：成分像
矿物相的背散射电子的成分与凹凸形貌像对比
11
二. 电子探针显微分析仪基本原理
Ca
Si
Mg
白云石成分分布图
能谱仪：就是利用不同元素发射的X射线光子特征能量不同这一特 点来进行成分分析的。
X射线能量检测器：目前最常用的锂漂移硅固态X射线能量探测器， 即 Si（Li）检测的工作原理及构造（2）
(2)能量分散谱仪工作原理：
当X光子通过8～25μm厚的Be窗进入检测器后，在Si(Li)探测器晶体内激发出 一定数目的电子-空穴对。
钨灯丝扫描电镜
二次电子，背散射电子
入射电子
h:散射率
0.6
~10 nm
二次电子
(=背散射电子/入射电子)
0.5 0.4 0.3 0.2
二次电子产生区域
边缘效应
0.1 0 60 80 100 Z 背散射电子的产量取决于原子序数的大小 0 20 40
二次电子的发射率和入射角度的关系
10
Electron Probe Micro Analyzer
扫描电镜观察:
1.样品在真空的环境中，要注意样品容易产生变形，收缩，蒸发。 2.只有导电性好的样品才能在样品仓中进行稳定的观察。 3.如果想进行高放大倍率的观察，必须将样品完全稳固的样品托上.
能谱仪观察:
1.注意样品发生变形. 2.当你制备样品时，请留意流失其他元素。 3.如果你想得到高精度的定量结果，请保证样品表面是平滑的。
17
1 Electron Probe Micro Analyzer 7
二次电子探测器
入射电子束 Collector Scintillator Light pipe PMT
A
B
Preamplifier
样品
18
Electron Probe Micro Analyzer
背散射电子探测器
A 入射电子束 B
BEI 前置放大器
Monitor
A+B
A-B
IMS
样品
A+B; COMP A-B; TOPO
19
Electron Probe Micro Analyzer
背散射电子探测器
入射电子 束 Ou tpu Ou tA tpu Dete tB ctor B Specimen
钨灯丝冷场热场扫描电镜的区别精修订
钨灯丝冷场热场扫描电镜的区别SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#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。
扫描电镜
1.扫描电子显微镜的成像原理：与透射电镜完全不同，它不用电磁透镜放大成像。
而是以类似电视摄影显像的方式。
利用细聚焦高能电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。
扫描电子显微镜的特点：①高分辨率：普通钨灯丝扫描电镜其二次电子像的分辨率达3～4nm；而场发射扫描电镜可达1～2nm。
②高放大倍数：10倍～50万连续可调，原位放大。
③高景深：适合于粗糙表面及断口形貌的显微分析。
④多功能：可与其它分析仪器相组合，能在同一台仪器上进行形貌、微区成分和晶体结构等多种微观组织结构信息的同位分析。
2电子束与固体样品作用高能入射电子束轰击固体样品，与样品物质中的原子核、核外电子相互作用，而发生散射和吸收。
原子对电子散射：也分弹性散射与非弹性散射。
1)、弹性散射：入射电子与原子核的相互作用。
2). 非弹性散射：入射电子与原子中核外电子作用。
入射电子能量传给原子而发生变化，并引起原子结构变化，产生各种电子激发或辐射。
3)吸收：入射电子在固体中散射比X 射线强得多，固体对电子的“吸收”强烈。
吸收表现：随着激发次数增多，入射电子动能逐渐减小，引起强度衰减，直到耗尽，最终被固体吸收（束缚）。
电子束与固体样品作用时产生的信号1)．背散射电子：指被固体样品中原子核反弹回的一部分入射电子。
含弹性的和非弹性的①弹性背散射电子：指被样品物质中原子核反弹回来，散射角>90o的部分入射电子，其能量基本无损失，只改变方向。
特点：能量高，能达数千～数万电子伏。
②非弹性背散射电子：入射电子和核外电子相互作用，不仅方向改变、能量有不同程度损失，经多次散射后仍能回表面（散射角> 90o ）的电子。
背散射电子特点：能量：从数十eV～数千eV很宽。
数量：弹性的远比非弹性的所占份额多。
来源：样品表层几百nm深度。
产额：随原子序数Z增大而增多。
2)．二次电子：指被入射电子击出，并离开样品表面的样品物质核外电子。
二次电子特点：①大多（90％）是来自样品原子外层的价电子。
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。
探究扫描电镜
探究扫描电镜扫描电镜的发展背景电子显微镜技术是显微技术的一个重要分支，是一门现代化的显微技术。
显微技术的核心是显示肉眼所不能直接看到的物质的手段问题，准确地说是显微仪器。
光学显微仪器种类较多，如生物显微镜、体视显微镜、倒置显微镜、偏光显微镜等等。
借助这些仪器我们能直接看到各种细菌、动植物的细胞及其内部更细微的结构。
光学显微镜的分辨率最高只能达到200nm，有效放大倍率为1000-2000 倍。
如果研究比200nm更小的结构，如物质的分子、原子等。
光学显微镜便无能为力了。
于是，科学家就发明了电子显微镜，简称电镜(electron microscopyEM)，它是利用电子束对样品放大成像的一种显微镜，包括扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和透射电镜(transmission electron microscope,TEM)两大类型，其分辨率最高达到0.01nm，放大倍率达80 万-100万。
借助这种电镜我们能直接看到物质的超微结构。
二、扫描电镜的工作原理和结构1、工作原理扫描电镜的工作原理如下图所示。
由电子枪发射出来的电子束在加速电压的作用下经过磁透镜系统会聚，形成直径为5nm的电子束，聚焦在样品表面，在第二聚光镜和物镜之间的偏转线圈的作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，电子和样品相互作用，产生信号电子。
这些信号电子经探测器收集并转换为光子，再通过电信号放大器加以放大处理，最终成像在显示系统上。
扫描电镜的工作原理与光学显微镜或透射电镜不同：在光学显微镜和透射电镜下，全部图像一次显出，是“静态”的；而扫描电镜则是把来自而二次电子的图像信号作为时像信号，将一点一点的画面“动态”地形成三维的图像。
扫描电镜可分为五个主要组成部分：电子束会聚系统、样品室、真空系统、电子学系统和显示部分。
肝帝；电寸■巨J-网3工电手束会球瘀逢音H而；急氏I（1）电子束会聚系统此系统由3部分组成，即电子枪、磁透镜、扫描线圈等电子枪采用发夹式热发射钨丝栅极电子枪，所用的加速电压一般0.5〜30kv。
扫描电镜原理、方法及操作
一、分析测试步骤开机1、接通循环水（流速1.5～2.0L/min ）2、打开主电源开关。
3、在主机上插入钥匙，旋至“Start ”位置。
松手后钥匙自动回到“on ”的位置，真空系统开始工作。
4、等待10秒钟，打开计算机运行。
5、点击桌面的开始程序。
6、点击［JEOL ·SEM ］及［JSM-5000主菜单］。
7、约20分钟仪器自动抽高真空，真空度达到后，电子枪自动加高压，进入工作状态。
8、通过计算机可以进行样品台的移动，改变放大倍数、聚焦、象散的调整， 直到获得满意的图像9、对于满意的图像可以进行拍照、存盘和打印。
10、若需进行能谱分析，要提前1小时加入液氮，并使探测器进入工作状态。
11、打开能谱部分的计算机进行谱收集和相应的分析。
12、需观察背散射电子像时，工作距离调整为15mm ，然后插入背散射电子探测器，用完后随时拔出。
更换样品1、点击“HTon ”,出现“HT Ready ”。
2、点击“Sample ”,再点击“Vent ”。
3、50秒后拉出样品台,从样品台架上取出样品台.4、更换样品后,关上样品室门,再点击“EVAC ”,真空系统开始工作,重复开机10.1.8、10.1.9。
关机1、点击［EXIT ］,再点击［OK ］,扫描电镜窗口关闭,回到视窗桌面上.2、电击桌面上的［Start ］。
3、退出视窗,关闭计算机.4、关闭控制面板上的电源开关.5、等待15分钟后关掉循环水.6、关掉总电源.二. 方法原理1、扫描电镜近况及其进展扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年已经被提出来了，直到1956年才开始生产商品扫描电镜。
商品扫描电镜的分辨率从第一台的25nm 提高到现在的0.8nm ，已经接近于透射电镜的分辨率，现在大多数扫描电镜都能同X 射线波谱仪、X 射线能谱仪和自动图像分析仪等组合，使得它是一种对表面微观世界能够进行全面分析的多功能的电子光学仪器。
数十年来，扫描电镜已广泛地应用在材料学、冶金学、地矿学、生物学、医学以及地质勘探，机械制造、生产工艺控制、产品质量控制等学科和领域中，促进了各有关学科的发展。
扫描电镜成像原理
扫描电镜成像原理扫描成像原理如下图所示，电子枪1（钨丝枪或LaB6枪或场发射枪等）发射一束电子，这就是电子源，其最少截面的直径为d0，对钨丝枪而言大约为20～50μm （场发射枪大约为10～20nm ) ，这个小束斑经3 和5 两级聚光镜进一步缩小几百倍，最后再经物镜缩小并聚焦在样品面上，这时束斑10 直径最小可到3～6nm （约小于扫描电镜的分辨本领），电子束打在样品上，就产生上节所述的各种信号。
二次电子和背散射电子信号是最常用的两种信号，尤其是二次电子。
信号由接收器取出，经光电倍增器和电子放大器放大后，作为视频信号去调制高分辨显示器的亮度，因此显示器上这一点的亮度与电子束打在样品上那一点的二次电子发射强度相对应。
由于样品上各点形貌等各异，其二次电子发射强度不同，因此显示器屏上对应的点的亮度也不同。
用同一个扫描发生器产生帧扫和行扫信号，同时去控制显示的偏转器和镜筒中的电子束扫描偏转器，使电子束在样品表面上与显示器中电子束在荧光屏上同步进行帧扫和行扫，产生相似于电视机上的扫描光栅。
这两个光栅的尺寸比就是扫描电镜的放倍数。
在显示器屏幕光栅上的图像就是电子束在样品上所扫描区域的放大形貌像。
图像中亮点对应于样品表面上突起部分，暗点表示凹的部分或背向接收器的阴影部分。
由于显示器屏幕上扫描尺寸是固定的，如14in(1in= 25.4mm）显示器的扫描面积是267×200mm2，在放大倍数为十万倍时样品面上的扫描面积为2.67×2 μm2如放大倍数为20 倍时，则为13.35×10mm2。
因此改变电子束扫描偏转器的电流大小，就可改变电子束在样品上的扫描尺寸，从而改变扫描电镜的放大倍数。
扫描电镜的分辨本领一般指的是二次电子像的空间分辨本领，它是在高放大倍数下，人们能从照片中分清两相邻物像的最小距离。
通常是用两物像边缘的最小距离来计算。
但照片放大近十万倍后，边缘轮廓往往不十分清晰敏锐，难以测量准确。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钨灯丝扫描电镜原理
钨灯丝扫描电镜是一种利用电子束成像技术观察物样表面形貌及微结构的高级显微分析仪器。
其主要原理是利用电子枪发射电子束，扫描物样表面，将经过二次电子转化的电子信号转化为图像信号。
下面从发射电子束、扫描物样表面和信号转换三部分详细介绍钨灯丝扫描电镜的原理。
一、发射电子束
电子束是钨灯丝扫描电镜成像的基础，也是其最重要的组成部分之一。
电子束来源于电子枪，电子枪是由加热器、阴极、阳极和网格组成的。
阴极加热后，会发射出一些自由电子，在高电场作用下，这些自由电子会加速并向阳极移动。
在电子枪中，使用网格控制电子束的尺寸和位置，通过调节网格电压和阴极电压可以控制电子束的强度和位置。
二、扫描物样表面
扫描物样表面是钨灯丝扫描电镜的核心部分，通过扫描物样表面可以获取到物样表面形貌和微观结构信息。
当电子束照射到物样表面时，表面会产生一些二次电子，这些二次电子会溅射出去，其中一部分可以被收集到二次电子探测器中。
通过探测器收集到的二次电子信号，可以重建出物样表面的形貌和微观结构。
三、信号转换
信号转换是将通过二次电子转化的电子信号转化成最终的图像信号。
收集到的二次电子信号会被放大并转化成电压信号，这些信号经过电子学处理后被送入视频控制器，由视频控制器进行数字/模拟转换并存储成图像。
最终，经过数字转换的图像信号被发送到高分辨率显示器或数字储存器中，形成可视化图像或数字数据。
钨灯丝扫描电镜是一种高级显微分析仪器，其基本原理是利用电子束成像技术观察物样表面形貌及微结构。
从电子束发射、扫描物样表面到信号转换，这三个部分构成了钨灯丝扫描电镜的主要原理。
除了基本原理之外，钨灯丝扫描电镜还有一些相关的内容，包括样品准备、成像技术和应用范围等。
一、样品准备
样品准备是钨灯丝扫描电镜分析中的重要环节，样品的质量和处理方法对成像效果有非常大的影响。
通常情况下，将样品制成薄片或表面光洁的粒子，用金、银等容易导电的材料涂覆表面，然后通过真空室将样品固定在样品台上。
在样品准备过程中需要进行严格的控制，以避免在扫描过程中出现形貌不清晰或者信号受到干扰的情况。
二、成像技术
成像技术是钨灯丝扫描电镜分析中的重要环节，它包括成像方式、成像模式和成像参数。
常用的钨灯丝扫描电镜成像方式有高真空模式、低真空模式和环境模式等。
成像模式
包括扫描线、点扫描、阵列扫描等。
成像参数包括加速电压、探测电压、扫描速度等。
在
选择成像技术方面需要根据样品的特点进行选择，以便获得最佳的成像效果。
三、应用范围
钨灯丝扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米技术等领域具有广泛的应用，常用于观
察表面形貌、颗粒大小、表面成分和结构等。
在材料科学中，钨灯丝扫描电镜可以用于研
究断裂面的形貌和微观结构，同时也可以用于材料的纹理、相分析和缺陷分析。
在生物科
学中，钨灯丝扫描电镜可以用于细胞和微生物的观测，从而研究生物组织的微观形态和生
理功能。
在纳米技术中，钨灯丝扫描电镜可以用于观察纳米颗粒的形貌和大小，从而为纳
米材料的设计和制造提供重要的信息。
钨灯丝扫描电镜是一种重要的高级显微分析仪器，具有广泛的应用范围。
对它的基本
原理、样品准备、成像技术和应用范围进行充分的了解，能为使用者提供非常有价值的帮助。
除了基本原理、样品准备、成像技术和应用范围之外，钨灯丝扫描电镜还有一些注意
事项和发展趋势。
一、注意事项
在使用钨灯丝扫描电镜时，需要注意的是仪器本身和样品的保护。
钨灯丝扫描电镜内
部有高压、高电流等危险因素，所以需要严格遵守操作规程，以确保仪器运行的安全。
样
品在进行扫描过程中会受到电子束的辐照，为了避免样品受到损伤，需要掌握合适的加速
电压和扫描速度，同时减小电子束对样品的辐射。
二、发展趋势
随着科技的不断进步，钨灯丝扫描电镜也在不断地发展和升级。
当前，最新的钨灯丝
扫描电镜已经可以实现高分辨率的成像，并开发了各种新的技术，例如低能电子反射成像、场发射扫描电镜、X光能谱仪等。
这些新技术不仅提高了成像质量，还扩大了扫描电镜在
材料科学、生物科学、纳米技术等领域的应用范围。
未来，随着材料科学、生物科学、纳米技术等领域的不断发展，钨灯丝扫描电镜将不
断完善和更新，其应用也将越来越广泛。
钨灯丝扫描电镜与其他科技的融合也将成为一个
重要的发展方向，例如通过与计算机图像处理等技术的结合，可以实现更加准确、高效、
全面的分析和研究。
钨灯丝扫描电镜是一种非常重要的显微分析仪器，其应用广泛，包括材料科学、生物
科学、纳米技术等领域。
在使用钨灯丝扫描电镜时，需要注意安全问题和样品保护。
随着
科技不断进步，钨灯丝扫描电镜也将不断发展和更新，其与其他技术的结合也将成为未来
的发展趋势。
钨灯丝扫描电镜在现代科技发展中有着不可替代的作用，不仅在学术研究中应用广泛，而且在工业制造、医学检测、环境监测等领域也有重要意义。
一、工业制造
工业制造中需要生产高精度的零部件，钨灯丝扫描电镜可以提供高分辨率、高清晰度
和三维成像功能，用于研究零部件表面形貌、尺寸、纹理、硬度等性能，以及各种潜在的
缺陷、磨损度、磨损类型等信息，能够为产品的设计、加工和质量控制提供非常有价值的
数据和信息。
二、医学检测
钨灯丝扫描电镜在医学检测领域中用于观察生物组织和病理样品，能够提供高分辨率、高清晰度的图像，从组织、细胞的形态结构、内部细胞器、组分、细胞膜等方面进行研究。
这些信息对于疾病的诊断、治疗和药物研究等方面具有重要意义。
三、环境监测
随着环境污染的日益加重，钨灯丝扫描电镜在环境监测中具有重要意义。
可以用于观
察空气中的污染物、在线监测大气颗粒物、水体污染物、土壤微生物、植物组织等，获得
含量、尺寸和形态等关键信息，并在保护环境和预防生态失衡方面发挥着重要作用。
钨灯丝扫描电镜在科技、工业、医学和环境等领域中发挥着重要的作用。
它可以为科
学研究、产品开发和质量控制、疾病诊断和环境监测提供非常有价值的数据和图像，并且
具有着广泛的应用前景，是现代化科技发展过程中必不可少的仪器设备之一。