掃描電子顯微鏡(sem)-全文預(yù)覽
【正文】 （ Electron Probe Microanalysis，簡(jiǎn)稱 EPMA）的簡(jiǎn)稱。? 背散射電子信號(hào)強(qiáng)度隨原子序數(shù) Z增大而增大 ? 樣品表面上平均原子序數(shù)較高的區(qū)域，產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)，在背散射電子像上顯示較亮的襯度 ? 因此，可以根據(jù)背散射電子像襯度來判斷相應(yīng)區(qū)域原子序數(shù)的相對(duì)高低。 原子序數(shù)襯度原理及其應(yīng)用 ? 原子序數(shù)襯度是由于試樣表面物質(zhì)原子序數(shù)（或化學(xué)成分）差別而形成的襯度。 ? 突出的尖棱、小粒子、比較陡的斜面處 的圖像亮度較大； ? 平面的亮度較低； ? 深的凹槽底部 雖然能產(chǎn)生較多的二次電子，但不易被檢測(cè)器收集到，因此槽底的 襯度較暗。 ? 所以 A區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度較B區(qū)的信號(hào)大，故在圖像上 A區(qū)也較 B區(qū)亮。 表面形貌襯度 ? 二次電子像的襯度是最典型的形貌襯度 。 00S2 R 2 RDta n??????景深的依賴關(guān)系 3．景深 （ depth of field / depth of focus） SEM像襯度 ? SEM像襯度的形成主要基于樣品微區(qū)諸如表面形貌、原子序數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、表面電場(chǎng)和磁場(chǎng)等方面存在著差異。 ? 掃描電子顯微鏡的景深取決于分辨本領(lǐng)和電子束入射半角 ? ? 電子束入射半角是控制景深的主要因素，它取決于末級(jí)透鏡的光闌直徑和工作距離。 ? 電子束的束斑大小、調(diào)制信號(hào)的類型以及檢測(cè)部位的原子序數(shù)是掃描電子顯微鏡分辨率的三大因素。 2．分辨率 （ resolution） 各種信號(hào)成像的分辨率 ? 二次電子： 510nm ? 背散射電子： 50200nm ? 俄歇電子： 510nm ? 吸收電子： 1001000nm ? 特征 X射線： 1001000nm 2．分辨率 （ resolution） ? 樣品原子序數(shù)愈大，電子束進(jìn)入樣品表面的橫向擴(kuò)展愈大，分辨率愈低。入射電子束進(jìn)入淺層表面時(shí)，尚未向橫向擴(kuò)展開來，可以認(rèn)為在樣品上方檢測(cè)到的俄歇電子和二次電子主要來自直徑與掃描束斑相當(dāng)?shù)膱A柱體內(nèi)。 熱陰極電子槍的最小束斑直徑３ nm，場(chǎng)發(fā)射電子槍可使束斑直徑小于 1nm。 CSAMA?2．分辨率 （ resolution） ? 分辨率是掃描電子顯微鏡主要性能指標(biāo)。 ? 顯然，一個(gè)原子中至少要有三個(gè)以上的電子才能產(chǎn)生俄歇效應(yīng)，鈹是產(chǎn)生俄歇效應(yīng)的最輕元素。 KK L 2hcEE??? ?? ?2KZ????六、俄歇電子 （ Auger electron） ? 處于激發(fā)態(tài)的原子體系釋放能量的另一形式是發(fā)射具有特征能量的俄歇電子。對(duì)于每一元素， EK、 EL2都有確定的特征值，所以發(fā)射的 X射線波長(zhǎng)也有特征值，這種 X射線稱為特征 X射線。 銅樣品透射、吸收和背散射系數(shù)與樣品質(zhì)量厚度之間的關(guān)系 τ 五、特征 X射線 （ characteristic Xray） ? 特征 X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)以后，在能級(jí)躍遷過程中直接釋放的具有特征能量和波長(zhǎng)的一種電磁波輻射。 ? 隨著樣品質(zhì)量厚度增大，透射系數(shù)下降，而吸收系數(shù)增大；樣品背散射系數(shù)和二次電子發(fā)射系數(shù)的和也越大，但達(dá)一定值時(shí)保持定值。 因此，樣品下方檢測(cè)到的透射電子信號(hào)中，除了有能量與入射電子相當(dāng)?shù)膹椥陨⑸潆娮油猓€有各種不同能量損失的非彈性散射電子。 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。 ? 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。所以二次電子的分辨率較高，一般可達(dá)到 50100 197。 二、二次電子（ secondary electron） ? 二次電子來自表面 50500 197。 ? 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。 ? 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。 ? 彈性背散射電子的能量為數(shù)千到數(shù)萬電子伏。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)。 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。 ? 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。 ? 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）?？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。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。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。 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。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。 ? 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。 ? 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。 ? 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。 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。 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。 ? 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
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