第三章

掃描電鏡的結(jié)構(gòu)與原理第一節(jié)掃描電鏡的結(jié)構(gòu)一、電子光學(xué)系統(tǒng)二、信號檢測與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)三、顯示與記錄系統(tǒng)四、真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)掃描電鏡的基本構(gòu)造基本構(gòu)成:電子光學(xué)系統(tǒng)信號檢測與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)顯示與記錄系統(tǒng)真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)四大部分1、電子槍

一電子光學(xué)系統(tǒng)系列磁透鏡

自給偏壓式三極電子槍，提供:30~50

m的高速電子流①聚光鏡：作用：匯聚電子束流

30~50

m→3～10nm②物鏡：(最下一級聚光鏡)作用：調(diào)節(jié)電子探針直徑，微調(diào)圖像清晰度③物鏡可動光闌：減小

,100m,200m,300m

④物鏡消像散器：消像散，得到圓束斑3.掃描線圈：（偏轉(zhuǎn)線圈）①作用：控制電子探針在X/Y方向作光柵掃描②三個掃描線圈※物鏡極靴內(nèi)的掃描線圈用于電子探針在樣品表面掃描※觀察和照相用顯象管中的掃描線圈用于控制CRT中的電子束在熒光平上作同步掃描③光柵掃描行（水平）掃描，幀（垂直）掃瞄④掃描信號發(fā)生器特點：產(chǎn)生電流強度隨時間增大而增大，當?shù)_到設(shè)定值時，瞬間降為零⑤同步的作用使得樣品上的部位和CRT圖像一一對應(yīng)⑥放大控制改變鏡筒中掃描線圈電流大小→改變樣品上掃描區(qū)域大小→改變放大倍數(shù)

4樣品室

①空氣鎖閉裝置作用:換樣時保持鏡筒真空延長燈絲壽命

②樣品臺可自由X,Y,Z三維運動可旋轉(zhuǎn)360度(水平)可傾斜:-15度~+90度

③樣品室周圍可駁接

SE,BE,X-rayEDS探頭二信號檢測與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)收集極加速極熒光粉

SE探測器探頭閃爍體光電倍增管光導(dǎo)管圓玻片

1.收集極吸收SE，加速之趨向探頭,200～500VDC

2.探頭①閃爍體：電子→光子②加速極：10～12Kv提高SE檢測效率，增加SE通過鋁膜的動能③光導(dǎo)管：傳遞光信號

3.光電倍增管光子→電信號，106增益

4.放大器前置放大視頻放大經(jīng)兩級放大之后的電壓信號調(diào)制顯象管的柵極，以控制顯象管內(nèi)電子束打在熒光屏上的光點亮度三

信號顯示與記錄系統(tǒng)

1、信號顯示系統(tǒng)：兩個顯象管觀察用CRT：分辨率低,長余輝照相用CRT：分辨率高,短余輝(2000線)

2、記錄系統(tǒng)數(shù)字照像系統(tǒng)：

打印機：熱敏(分辨1200dpi×1200dpi)、激光、噴墨等打印機

數(shù)碼沖?。簲?shù)字照像后形成數(shù)字圖像

模擬照相系統(tǒng)：記錄于黑白底片上四真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)1、機械泵+擴散泵，真空度優(yōu)于10-5Torr2、分子渦輪泵、離子泵(超高分辨率掃描電鏡場發(fā)射電子槍使用）掃描電鏡結(jié)構(gòu)方框圖第二節(jié)SEM成像原理一電子束與樣品的相互作用二掃描電鏡的成像原理

1信號的種類:

參見圖56

2與SEM成像有關(guān)的信號

①二次電子SE（10nm內(nèi)的信息)

定義：樣品（物質(zhì)）原子核外電子受入射電子激發(fā)后逸出樣品表面時,稱其為SE

關(guān)系：SE數(shù)量↗圖像質(zhì)量↗圖像質(zhì)量：圖像反差、圖像噪波點清晰度②X-ray（50~500nm)

倫琴射線，＝0.001~10nm

分類：特征X-ray（硬），連續(xù)X-ray（軟）

一

電子束與樣品的相互作用X-ray

A.特征X-ray

波長和能量隨樣品中各元素的不同而異，用于定量、定性分析

Z↗激發(fā)的特征X-ray能量E↗波長↘

B.WDS：(Wavelength-DispersiveSpectrometer)

定量分析:Be4~U92,分析感量10－17～10－15g

優(yōu)點：分辨率高，分析范圍大，靈敏度高缺點：速度慢，損傷和污染大

C.EDS：（Energy-DispersiveSpectrometer)

定性分析：Na11~U92

優(yōu)點：簡快，損傷小缺點：分辨率低，分析范圍小，靈敏度低③背散射電子BE(50~100nm)定義：入射電子與樣品成分發(fā)生彈性碰撞后，被反射回來的電子特點：與SE像互補二掃描電鏡的成像原理

1.二次電子像能真實反映樣品表面形貌（凹凸不平信息）

2.多種效應(yīng)①傾角效應(yīng)

SE產(chǎn)生率：∝1/cos↗SE數(shù)↗圖像質(zhì)量↗②原子序數(shù)效應(yīng)特點：SE產(chǎn)生率隨原子序數(shù)增加而增加關(guān)系：高Z區(qū)→被激發(fā)的SE數(shù)多→像亮低Z區(qū)→被激發(fā)的SE數(shù)少→像暗★為何要離子濺射（噴鍍黃金層）?防止材料的損傷和荷電效應(yīng)提高SE發(fā)射率排除原子序數(shù)效應(yīng)的干擾③荷電效應(yīng)(排除：導(dǎo)電處理)④邊緣效應(yīng)(排除：降低加速電壓)3.SEM的基本成像過程產(chǎn)生電子探針→光柵掃描→產(chǎn)生信號→檢出信號→放大處理信號→轉(zhuǎn)為視頻信號→調(diào)制顯象管→顯像TEM：整個像同時成立,熒光板顯像SEM：電視逐點成像,CRT顯像

4.放大倍率的調(diào)節(jié)

M=像的大小/掃描區(qū)域的大小

改變偏轉(zhuǎn)線圈的電流→改變掃描區(qū)域大小→改變放大倍率第三節(jié)SEM的性能與應(yīng)用一掃描電鏡性能二掃描電鏡的特點三掃描電鏡的應(yīng)用一、SEM的性能

1.分辨率5~100?，取決于:電子探針直徑↘,↗電子波長↘

,↗鏡筒真空度↗,↗2.像的放大倍數(shù)20萬

3.成像的反差:取決于樣品表面各處二次電子產(chǎn)生率

4.焦深大:500倍時,1000m,一般1mm~0.1m

景深大，10mm(10×)，圖像立體感強5.顯像方式：CRT6.樣品：實物，12＊8＊5cm7.觀察條件：真空（10－5Torr）二、SEM的特點：★放大倍數(shù)范圍大，景深大，圖像富有立體感操作簡單，樣品損傷和污染小制樣簡單，樣品可以很大表面觀察和微區(qū)成分分析可同時進行

TEM：高，適于研究細胞的精細結(jié)構(gòu)，病毒分子，二維圖像，儀器復(fù)雜

SEM：表面結(jié)構(gòu)研究，三維圖像三、SEM的應(yīng)用觀察表面超微結(jié)構(gòu)，微區(qū)成分分析作業(yè)1.掃描電鏡的基本構(gòu)造包括哪幾部分?

與透射電鏡相比，構(gòu)造有什么特點?2.簡述掃