[材料科學(xué)]第十章掃描電鏡(已修改)
2025-01-28 12:47 本頁(yè)面
【正文】 1 第三章 電子顯微分析 之二 掃描電子顯微分析與電子探針 第一節(jié) 掃描電子顯微鏡（ SEM）工作原理及構(gòu)造 第二節(jié) 像襯原理與應(yīng)用 第三節(jié) 電子探針 X射線顯微分析（ EPMA） 參考書目： ?周維列，王中林主編，掃描電子顯微鏡學(xué)及在納米技術(shù)中的應(yīng)用， 北京 高等教育出版社 ?戈?duì)柎奶?/(美 )等著，掃描電子顯微技術(shù)與 X射線顯微分析，北京 科學(xué)出版社， 13256節(jié)，帶教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、直尺和計(jì)算器 2 教學(xué)目的與要求 ? 理解掃描電子顯微鏡的工作原理與儀器構(gòu)造； ? 掌握二次電子像與背散射電子像的像襯原理，并利用該原理學(xué)會(huì)分析材料形貌的方法； ? 理解電子探針 X射線顯微分析的原理，并學(xué)會(huì)材料成分分析的技巧。 3 SEM 4 SEM ? 5 SEM 6 SEM 7 SEM 8 9 SEM特點(diǎn) ? 儀器分辨本領(lǐng)較高。二次電子像分辨本領(lǐng)可達(dá)(場(chǎng)發(fā)射 ),(鎢燈絲 )； ? 儀器放大倍數(shù)變化范圍大（從幾倍到幾十萬(wàn)倍），且連續(xù)可調(diào)； ? 圖像景深大，富有立體感?？芍苯佑^察起伏較大的粗糙表面（如金屬和陶瓷的斷口等）； ? 試樣制備簡(jiǎn)單。只要將塊狀或粉末的、導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的試樣不加處理或稍加處理，就可直接放到 SEM中進(jìn)行觀察。一般來(lái)說(shuō)，比透射電子顯微鏡（ TEM）的制樣簡(jiǎn)單，且可使圖像更近于試樣的真實(shí)狀態(tài)； 10 特點(diǎn) 可做綜合分析： ? SEM裝上波長(zhǎng)色散 X射線譜儀（ WDX）（簡(jiǎn)稱波譜儀）或能量色散 X射線譜儀（ EDX）（簡(jiǎn)稱能譜儀）后，在觀察掃描形貌圖像的同時(shí)，可對(duì)試樣微區(qū)進(jìn)行元素分析。 ? 裝上半導(dǎo)體樣品座附件，可以直接觀察晶體管或集成電路的 pn結(jié)及器件失效部位的情況。 ? 裝上不同類型的試樣臺(tái)和檢測(cè)器可以直接觀察處于不同環(huán)境（加熱、冷卻、拉伸等）中的試樣顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程（動(dòng)態(tài)觀察）。 11 第一節(jié) 掃描電子顯微鏡工作原理及構(gòu)造 一、工作原理 圖 101 掃描電子顯微鏡原理示意圖 直徑為 1~10nm的電子束 12 ? 入射電子在被樣品吸收或散射出樣品表面之前將在這個(gè)體積中活動(dòng)。? 對(duì)輕元素，電子束與樣品作用產(chǎn)生一個(gè)滴狀作用體積? 各信號(hào)間分辨率的差異可用入射電子束的作用體積圖說(shuō)明13 二次電子 （ secondary electron） ? 二次電子是指被入射電子轟擊出來(lái)的核外電子。 ? 由于原子核和外層價(jià)電子間的結(jié)合能很小，因此外層的電子比較容易和原子脫離。當(dāng)原子的核外電子從入射電子獲得了大于相應(yīng)的結(jié)合能的能量后，可離開原子而變成自由電子。 ? 如果這種散射過(guò)程發(fā)生在比較接近樣品表層，那些能量尚大于材料逸出功的自由電子可從樣品表面逸出，變成真空中的自由電子，即二次電子。 ? 一個(gè)能量很高的入射電子射入樣品時(shí)，可以產(chǎn)生許多自由電子，而在樣品表面上方檢測(cè)到的二次電子絕大部分來(lái)自價(jià)電子。 14 二次電子 （ secondary electron） ? 二次電子來(lái)自表面 50500 197。的區(qū)域，能量為 050 eV。 ? 它對(duì)試樣表面狀態(tài)非常敏感，能有效地顯示試樣表面的微觀形貌。 ? 由于它發(fā)自試樣表面層，入射電子還沒有較多次散射，因此產(chǎn)生二次電子的面積與入射電子的照射面積沒多大區(qū)別。所以二次電子的分辨率較高，一般可達(dá)到 50100 197。 ? 掃描電子顯微鏡的分辨率通常就是二次電子分辨率。二次電子產(chǎn)額隨原子序數(shù)的變化不明顯，它主要決定于表面形貌。 15 二、構(gòu)造與主要性能 ? 掃描電子顯微鏡由 電子光學(xué)系統(tǒng) (鏡筒 )、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 、 信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng) 、 圖像顯示和記錄系統(tǒng) 、 電源系統(tǒng) 和 真空系統(tǒng) 等部分組成 ? 主要性能： 放大倍數(shù)、分辨率和景深 16 1．放大倍數(shù) ? 當(dāng)入射電子束作光柵掃描時(shí)，若電子束在樣品表面掃描的幅度為 AS，在熒光屏上陰極射線同步掃描的幅度為 AC，則掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)為： ? 由于掃描電子顯微鏡的熒光屏尺寸是固定不變
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