【正文】 第三章 掃描電子顯微鏡 Light vs Electron Microscope ? 掃描電子顯微鏡 （ Scanning Electron Microscope，簡(jiǎn)稱 SEM）是繼透射電鏡之后發(fā)展起來的一種電子顯微鏡 ? 掃描電子顯微鏡的成像原理和光學(xué)顯微鏡或透射電子顯微鏡不同，它是以類似電視攝影的方式，利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出來的各種物理信號(hào)來調(diào)制成像的。 ? 掃描電鏡能完成： 表 (界 )面形貌分析； 配置各種附件，做表面成分分析及表層晶體學(xué)位向分析等。 概述 SEM 掃描電鏡的特點(diǎn)和工作原理 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（從幾倍到幾十萬倍），且連續(xù)可調(diào)； ? 圖像景深大，富有立體感。可直接觀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。一般來說， 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)； 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)變化過程（動(dòng)態(tài)觀察）。 工作原理 掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)原理框圖 掃描電鏡的成像原理，和透射電鏡大不相同，它不是用電磁透鏡放大成像，而是逐點(diǎn)逐行掃描成像。 ? 由電子槍發(fā)射出來的電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過 23個(gè)電磁透鏡聚焦后，會(huì)聚成一個(gè)細(xì)的電子束。在末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線圈， 在它的作用下電子束在樣品表面按順序逐行進(jìn)行掃描。 ? 高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用 ,激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)， 如二次電子、背散射電子、吸收電子、 X射線、俄歇電子和透射電子等。 其強(qiáng)度隨樣品表面特征而變化。 ? 這些物理信號(hào)分別被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比例地放大后 ,送到顯像管 ,調(diào)制顯像管的亮度 。 ? 供給電子光學(xué)系統(tǒng)使電子束偏向的掃描線圈的電源也是供給陰極射線顯像管的掃描線圈的電源，此電源發(fā)出的鋸齒波信號(hào)同時(shí)控制兩束電子束作同步掃描。 因此，樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對(duì)應(yīng)的。 工作原理 ? 掃描電鏡就是這樣采用逐點(diǎn)成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序、成比例地轉(zhuǎn)換為視頻傳號(hào)，完成一幀圖像，從而使我們?cè)跓晒馄辽系玫脚c樣品表面特征相對(duì)應(yīng)的圖像 —— 某種信息圖，如二次電子像、背散射電子像等。畫面上亮度的疏密程度表示該信息的強(qiáng)弱分布。 ? 掃描電鏡成像所用的物理信號(hào)是電子束轟擊固體樣品而激發(fā)產(chǎn)生的。具有一定能量的電子，當(dāng)其入射固體樣品時(shí)，將與樣品內(nèi)原子核和核外電子發(fā)生彈性和非彈性散射過程 ,激發(fā)固體樣品產(chǎn)生多種物理信號(hào)。 入射電子轟擊樣品產(chǎn)生的物理信號(hào) 一、背散射電子（ backscattering electron） ? 背散射電子是指被固體樣品中的原子反彈回來的一部分入射電子。 ? 其中包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。 ? 彈性背散射電子是指被樣品中原子核反彈回來的散射角大于 90?的那些入射電子，其能量基本上沒有變化。 ? 彈性背散射電子的能量為數(shù)千到數(shù)萬電子伏。 ? 非彈性背散射電子是入射電子和核外電子撞擊后產(chǎn)生非彈性散射而造成的，不僅能量變化，方向也發(fā)生變化。 ? 如果有些電子經(jīng)多次散射后仍能反彈出樣品表面，這就形成非彈性背散射電子。 一、背散射電子（ backscattering electron） ? 非彈性背散射電子的能量分布范圍很寬，從數(shù)十電子伏到數(shù)千電子伏。 ? 從數(shù)量上看，彈性背散射電子遠(yuǎn)比非彈性背散射電子所占的份額多。 ? 背散射電子的產(chǎn)生范圍在 1000 197。到 1 ?m深，由于背散射電子的產(chǎn)額隨原子序數(shù)的增加而增加，所以，利用背散射電子作為成像信號(hào) 不僅能分析形貌特征，也可用來顯示原子序數(shù)襯度 ，定性地進(jìn)行成分分析。 二、二次電子 （ secondary electron） ? 二次電子是指被入射電子轟擊出來的核外電子。 ? 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自價(jià)電子。 二、二次電子（ secondary electron） ? 二次電子來自表面 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，能非常有效地顯示試樣表面形貌。 ? 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。 三、吸收電子（ absorption electron） ? 入射電子進(jìn)入樣品后，經(jīng)多次非彈性散射，能量損失殆盡（假定樣品有足夠厚度，沒有透射電子產(chǎn)生），最后被樣品吸收。 ? 若在樣品和地之間接入一個(gè)高靈敏度的電流表，就可以測(cè)得樣品對(duì)地的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是由吸收電子提供的。 ? 入射電子束與樣品發(fā)生作用，若逸出表面的背散射電子或二次電子數(shù)量任一項(xiàng)增加，將會(huì)引起吸收電子相應(yīng)減少，若把吸收電子信號(hào)作為調(diào)制圖像的信號(hào)，則其襯度與二次電子像和背散射電子像的反差是互補(bǔ)的。 三、吸收電子（ absorption electron） ? 入射電子束射入一含有多元素的樣品時(shí)，由于二次電子產(chǎn)額不受原子序數(shù)影響，則產(chǎn)生背散射電子較多的部位其吸收電子的數(shù)量就較少。 ? 因此，吸收電流像可以反映原子序數(shù)襯度，同樣也可以用來進(jìn)行定性的微區(qū)成分分析。 四、透射電子 （ transmission electron） ? 如果樣品厚度小于入射電子的有效穿透深度 (掃描透射操作方式下 ) ，那么就會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的入射電子能夠穿過薄樣品而成為透射電子。