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扫描电镜.ppt

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1,6.3 扫描电镜 SEM,,2,,SEM的特点和工作原理 扫描电镜成像的物理信号 扫描电镜的构造 扫描电镜的主要性能 SEM像衬度 样品制备 SEM应用举例,重点 分辨率 放大倍数 衬度,3,4,6.3.1 SEM的特点和工作原理 ◆ 1、特点 ◆ 1965年第一台商用SEM问世; ◆ SEM能弥补透射电镜样品制备要求很高的缺点; ◆ 景深大; ◆ 放大倍数连续调节,范围大; ◆ 分辨率比较高;,,5,样品制备非常方便; ◆可直接观察大块试样; ◆ 固体材料样品表面和界面分析; ◆ 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; ◆对试样的电子损伤小。,6,日本电子株式会社 JSM-6460系列 高分辨率扫描电子显微镜(JEOL),高真空模式分辨率: 3.0nm 、 30KV 低真空模式分辨率: 4.0nm 、 30KV 放大倍数: ×5~×300,000,7,2、扫描电镜主要功能: ◆ 表(界)面形貌分析; ◆ 配置各种附件,做表面成分分析及表层晶体学位向分析等。,,8,,3、成像原理,扫描电镜的成像原理,与透射电镜不同,它不用透镜来进行放大成像,而是象闭路电视系统那样,逐点逐行扫描放大成像。具体为:由三极电子枪发射出来的电子束,在加速电压作用下,经过2-3个电子透镜聚焦后,在样品表面按顺序逐行进行扫描,激发样品产生各种物理信号,如二次电子、背散射电子、吸收电子、χ射线、俄歇电子等。,9,这些物理信号的强度随样品表面特征而变,它们分别被相应的收集器接受,经放大器按顺序、成比例地放大后,送到显像管成像,得到样品表面特征图像。供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源,此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此,样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。,10,6.3.2 扫描电镜成像的物理信号 扫描电镜成像所用的物理信号是电子束轰击固体样品而激发产生的。具有一定能量的电子,当其入射固体样品时,将与样品内原子核和核外电子发生弹性和非弹性散射过程,激发固体样品产生多种物理信号。,,11,特征X射线,12,背散射电子 它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子。又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子,前者是指只受到原子核单次或很少几次大角度弹性散射后即被反射回来的入射电子,能量没有发生变化;后者主要是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射回来的电子。,,13,二次电子 它是被入射电子轰击出来的样品核外电子,又称为次级电子。 在样品上方装一个电子检测器来检测不同能量的电子,结果如下图所示。二次电子的能量比较低,一般小于50eV;背散射电子的能量比较高,其约等于入射电子能量 E0。,,14,电子能谱,15,吸收电子 它是被吸收电子是随着与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多,其能量和活动能力不断降低以致最后被样品所吸收的入射电子。,,16,透射电子 它是入射束的电子透过样品而得到的电子。它仅仅取决于样品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。下图是电子在铜中的透射、吸收和背散射系数的关系。,,17,电子在铜中的透射、吸收和背散射系数的关系,由图知,样品质量厚度越大,则透射系数越小,而吸收系数越大;样品背散射系数和二次电子发射系数的和也越大,但达一定值时保持定值。,18,样品本身要保持电平衡,这些电子信号必须满足以下关系: ip=ib+is+ia+it  式中:ip 是入射电子强度;  ib 是背散射电子强度;  is 是二次电子强度;  ia 是吸收电子强度;  it 是透射电子强度。,19,将上式两边同除以ip,得: η+δ+a+T=1 式中:η= ib/ip,为背散射系数; δ= is/ip,为二次电子发射系数; a = ia/ip,为吸收系数; T = it/ip,为透射系数。,20,特征χ射线特征χ射线是原子的内层电子受到激发之后,在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。,,21,,22,俄歇电子 如果原子内层电子能级跃迁过程所释放的能量,仍大于包括空位层在内的邻近或较外层的电子临界电离激发能,则有可能引起原子再一次电离,发射具有特征能量的俄歇电子。,,23,扫描电镜由六个系统组成 (1) 电子光学系统(镜筒) (2) 扫描系统 (3) 信号收集系统 (4) 图像显示和记录系统 (5) 真空系统 (6) 电源系统,,6.3.3 扫描电镜的构造,24,(1)电子光学系统(镜筒) 由电子枪、聚光镜、物
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