掃描電子顯微鏡成像原理及基本操作.doc

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掃描電子顯微鏡成像原理及基本操作 一、 基本結(jié)構(gòu)組成： 1.電子光學(xué)系統(tǒng)：電子槍；聚光鏡（第一、第二聚光鏡和物鏡）；物鏡光闌。 2.掃描系統(tǒng)：掃描信號發(fā)生器；掃描放大控制器；掃描偏轉(zhuǎn)線圈。 3.信號探測放大系統(tǒng)：探測二次電子、背散射電子等電子信號。 4.圖象顯示和記錄系統(tǒng)：SEM采用電腦系統(tǒng)進(jìn)行圖象顯示和記錄。 5.真空系統(tǒng)：常用機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵、渦輪分子泵等使真空度高于 10 -4 Torr 。 6.電源系統(tǒng)：高壓發(fā)生裝置、高壓油箱。 二、 掃描電子顯微鏡成像原理 掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子、背散射電子或吸收電子。其中二次電子是最主要 的成像信號。由電子槍發(fā)射的能量為 5 ～ 35keV 的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)二級聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強(qiáng)度 和束斑直徑的微細(xì)電子束，在掃描線圈驅(qū)動下，于試樣表面按一定時間、空間順 序作柵網(wǎng)式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子發(fā)射（以及其它物 理信號），二次電子發(fā)射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號被探測器收集 轉(zhuǎn)換成電訊號，經(jīng)視頻放大后輸入到顯像管柵極，調(diào)制與入射電子束同步掃描的 顯像管亮度，得到反映試樣表面形貌的二次電子像。 三、 掃描電鏡具有以下的特點(diǎn) (1) 制樣方法簡單，對試樣的尺寸、形態(tài)等無嚴(yán)格要求，可以觀察直徑為的大塊試樣以及粉末等。 (2) 場深大，適用于粗糙表面和斷口的分析觀察；圖像富有立體感、真實(shí)感、易于識別和解釋。 (3) 放大倍數(shù)變化范圍大，對于多相、多組成的非均勻材料便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。 (4) 具有相當(dāng)高的分辨率，可達(dá)到為 3.5 ～ 6nm。 (5) 可以通過電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像的質(zhì)量，如通過調(diào)制可改善圖像反差的寬容度，使圖像各部分亮暗適中。 (6) 可進(jìn)行多種功能的分析。與 X 射線譜儀配接，可在觀察形貌的同時進(jìn)行微區(qū)成分分析。 (7) 可使用，觀察在不同環(huán)境條件下（加熱、冷卻和拉伸等樣品臺進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)）的相變及形態(tài)變化等。 四、 掃描電鏡的用途 通過樣品中的電子激發(fā)出的各種信號，掃描電鏡可以做出電子圖像分析，如可利用二次電子進(jìn)行樣品表面形貌及結(jié)構(gòu)分析的分析；以兩片探測器信號做積分運(yùn)算，通過背散射電子可以分析樣品表面成分像，以兩片探測器信號做微分運(yùn)算時，則可用于樣品表面形貌像德分析；此外，通過透射電子則可對析晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及晶格信息進(jìn)行分析。 而且，其配上其它一些配套設(shè)備，還可做顯微化學(xué)成份分析，顯微晶體結(jié)構(gòu)分析，顯微陰極發(fā)光圖像分析，這更加擴(kuò)大的掃描電鏡的廣泛應(yīng)用度。常見的掃描電鏡配套設(shè)備主要有：x射線波譜儀、x射線能譜儀、結(jié)晶學(xué)分析儀、陰極發(fā)光圖像分析儀等。