扫描电子显微镜原理及发展综述.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除课程报告题目：扫描电子显微镜原理及发展综述 姓名： 学院： 专业： 学号： 课程老师： 提交时间： 【精品文档】第 13 页摘要 扫描电子显微镜作为一种有效的显微结构分析仪器，可以对各种材料进行多种形式的表面的观察与分析。它具有分辨率高、景深长、成像富有立体感等优点。利用扫描电镜的图像研究法分析显微结构，其内容丰富、方法直观。随着现代生活对新型材料的需求不断增长，扫描电子显微镜技术在新型材料学科领域中的应用也日益广泛。本文主要介绍扫描电子显微镜的工作原理、结构特点以及发展应用情况，并对当前扫描电镜发展方向进行总结与评析。 关键字：扫描电子显微镜，

2、工作原理，SEM结构组成，应用,发展方向目录第一章 前言11.1 显微镜的分类11.2 扫描电子显微镜的性能及基本分析技术1第二章 描电子显微镜原理32.1 电子与物质的相互作用32.2 扫描电子显微镜的工作原理及仪器结构1232.2.1 整体工作原理图42.2.2 电子光学系统42.2.3 扫描系统52.2.4 信号收集及图像显示系统52.2.5 真空系统62.2.6 电源系统62.3 扫描电子显微镜的像衬度62.3.1 表面形貌衬度62.3.2 原子序数衬度72.4 扫描电子显微镜的试样制备172.4.1 块状试样的制备72.4.2 粉末试样的制备72.4.3 溶液试样的制备7第三章 扫描

3、电子显微镜发展与应用83.1 扫描电子显微镜的发展历史83.1.1 国外扫描电子显微镜发展概况1083.1.2 国内扫描电子显微镜发展概况93.2 扫描电子显微镜的最新进展及趋势8993.2.1 扫面电子显微镜发展阶段概述103.2.2 分析型扫描电子显微镜103.2.3 场发射扫描电子显微镜113.2.4 低电压和低真空扫描电子显微镜12113.2.5 环境扫描电子显微镜13113.3 扫描电子显微镜在材料科学中的应用12第四章 扫描电子显微镜发展方向分析14参考文献：15第一章 前言1.1 显微镜的分类为了了解和研究自然现象，通常开始是用人的肉眼进行观察的。但是，人肉眼的观察能力是有限的，

4、它能分辨的最小距离只能达到0.2mm左右。为了把人的视力范围扩大到微观领域，就必须借助于一种观察仪器，把微观形貌放大几十倍到几十万倍，以适应人眼的分辨能力。我们把这类仪器称为显微镜。 根据照明源的性质、照明方式以及从被观察对象所收回信息的性质和对信息的相应放大处理方法，通常可以分为光学显微镜、透射电子显微镜、场发射电子显微镜和扫描电子显微镜等。常用的各种显微镜类型如表1-1所示。表 1-1 常用显微镜类型照明源照射方式成像信息名称缩写符号可见光光束在试样上静止方式投射反射光透射光干涉光金相显微镜生物显微镜干涉显微镜OM电子束电子束在试样上以静止方式正投射透射电子透射电子显微镜TEM电子束在试样

5、上作光栅状扫描透射电子反射型电子透射扫描电镜表面扫描电镜SEM1.2 扫描电子显微镜的性能及基本分析技术 关于光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜的主要性能比较如表1-2所示。表1-2 各类显微镜性能的比较OMSEMTEM放大倍数12000 20200000 1001000000分辨率最高0.1m 0.8nm 0.2nm熟练操作0.2m 6nm 1nm一般操作5m 1050nm10nm焦深差，例如1m（100）高，例如100m（100）中等，例如比SEM小10倍视场中大小操作维修方便，简便较方便，简单较复杂试样制作金相表面技术任何表面均可薄膜或复膜技术价格低高高同其它方式的显微镜比较，S

6、EM具有如下特点6：（1） 能直接观察大尺寸试样的原始表面。其能够直接观察尺寸可大到直径为100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察。（2）试样在样品室中可动的自由度非常大。其它方式显微镜的工作距离通常只有23mm，故实际上只允许试样在两度空间内运动。但在SEM由于工作距离大，焦深大，样品室的空间也大，这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来无比的方便。 （3）观察试样的视场大。若采用30cm的显像管，放大倍数为10倍时，其视场范围可达30mm。（4） 焦深大，图像富立体感。SEM的焦深比TEM大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大，故所得扫描

7、电子像富有立体感。 （5）扫放大倍数的可变范围很宽，且不用经常对焦。SEM的放大倍数范围很宽，且一次聚焦好后即可从低倍到高倍，或低倍到高倍连续观察，不用重新聚焦。 （6）在观察厚块试样中，它能得到的较高的分辨率和最真实形貌。对厚块试样进行观察，TEM镜中要采用复膜方法，而复膜的分辨率通常只能达10nm，且观察并不是试样本身。因此，用SEM观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。（7） 因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。观察时所用的电子探针电流小,电子探针的束斑尺寸小，电子探针的能量也比较小，而且是以光栅状扫描方式照射试样，因此，由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。 （8

8、）能进行动态观察。可以通过连接电视装置，观察相变、断裂等动态的变化过程。（9）可以从试样表面形貌获得多方面资料。可以通过信号处理方法，获得多种图像的特殊显示方法，可以从试样的表面形貌获得多方面资料。 SEM除了观察表面形貌外，还能进行成分和元素的分析。采用三透镜式的SEM还可以通过电子通道花样进行结晶学分析。由于扫描电镜具有上述特点和功能，所以颇受科研工作者的重视，用途日益广泛。第二章 描描电子显微镜原理2.1 电子与物质的相互作用入射电子的散射过程是一种随机过程，每次散射后都使其前进方向改变，在非弹性散射过程是一种随机过程，每次散射后都使其前进方向改变，在非弹性散射情况下，还会损失一部分能量

9、，并伴有各种信息的产生如热、X射线、光、二次电子发射等。 如图2.1所示为入射电子束照射样品产生的信息。图2.1 电子束照射样品产生的信息 由图可知，入射电子经过多次弹性和非弹性散射后，可能出现如下情况：（1）部分入射电子所累积的总散射角大于90，重新返回表面逸出，这些电子成为背反射电子；（2）若试样的厚度小于入射电子的最大贯穿深度，则它可以穿透试样而从另一面逸出，这部分电子称为透射电子；（3）部分入射电子经过多次非弹性散射后，其能量损失殆尽，不再产生其它效应，被试样吸收，这部分电子称为吸收电子；（4）入射电子在试样表面层（10nm左右）引起二次电子发射从而产生二次电子；（5）电子跃迁复位过程

10、所放出的能量再次使原子的电子产生电离变成具有特征能量的二次电子，称为俄歇电子；（6）电子跃迁复位过程中所放出能量若以光量子形式释放出，则产生具有特征能量的X射线，简称为特征X射线；（7）若入射电子使试样的原子内电子发生电离，高能级的电子向低能级跃迁时发出的光波长较长，称为阴极荧光。2.2 扫描电子显微镜的工作原理及仪器结构12一般来说，扫描电子显微镜可以分为5大部分，包括电子光学系统（包括电子枪、扫描线圈等）、扫描系统、信号收集和图像显示系统、真空系统、电源系统。2.2.1 整体工作原理图扫描电子显微镜的工作原理如图2.2所示：图2.2 扫描电子显微镜工作原理图由图2.2可知，电子枪发出电子束

11、(直径约为50m)，在加速电压的作用下（2至30kV），经过三个电磁透镜（或者两个）聚光汇聚成一个细小到5nm的电子探针，在末极物镜上方扫描线圈的作用下，使电子探针对试样表面进行光栅式扫描。由于高能电子与试样相互作用，产生各种信息如二次电子、背散射电子、X射线、俄歇电子、吸收电子、透射电子等。因为从试样中所得到各种信息的强度和分布同试样表面形貌、成分、晶体取向以及表面状态的一些物理性质（如电性质、磁性质等）等因素有关，所以通过接收和处理这些信息，就可以获得表征试样形貌的扫描电子像，或进行成分分析。 为了获得扫描电子图像，一般是用探测器把来自试样表面的某类信息进行接收，这些信息被探测器接收后，经

12、进一步光电转换和信号放大处理，最终在显示器上显示出样品的特征。而在上述各种类型图像中，以二次电子像，背反射电子像和吸收电子像用途最广。2.2.2 电子光学系统主要包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。 （1）电子枪：根据阴极材料分类，电子枪主要有三种类型，钨丝( W)、六硼化镧( LaB6)、钨单晶。根据分辨率的不同，可选择不同的阴极材料。分辨率要求越高，阴极材料也就越贵。电子束加速电压一般为0.530kV。目前，应用于SEM的电子枪可以分为三类，如图2.3所示：a为直热式发射型电子枪，阴极材料为钨丝（直径大约0.10.15mm），制成发夹式或针尖式形状，并利用直接电阻加热来发射电子，它是一

13、种最常用的电子枪；b为旁热式发射型电子枪。阴极材料式用电子逸出功小的材料如LaB6，YB6，TiC 或ZrC 等制造，其中LaB6应用最多，它是用旁热式加热阴极来发射电子；c为场致发射型电子枪。阴极材料是用（310）位向的钨单晶针尖，针尖的曲率半径大约为100nm，它是利用场致发射效应来发射电子的；图2.3 三类电子枪原理 （2）电磁透镜，主要是对电子束进行聚焦，一般有两到三个透镜。每个透镜都配有光阑，可对无用的电子实现遮挡。目前扫描电镜的透镜系统有三种结构：（a）双透镜系统；（b）双级励磁的三级透镜系统；（c）三级励磁的三级透镜系统。其中以三级励磁透镜系统具有较多优点，其理由如下：（1）多一

14、级透镜的效果是使电子束的收缩能力更强，对原始光源的尺寸要求不高，仍可以获得小于5nm的电子束斑；（2）电子光学系统具有较大的灵活性，便于形成各种扫描式的光路，特别是要形成单偏转摇摆扫描式的光路（这是一种获得选区电子通道花样的光路），只有用三个独立可调的透镜系统才有可能做到。 （3）扫描线圈，在扫描信号发生器的作用下，对样品表面进行从左到右的光栅式扫描。样品室是试样的检测场所，同时装有各种信号探测器。样品在该区域可实现上下、前后、旋转等运动，以便对样品进行全方位的观测。2.2.3 扫描系统 扫描系统由扫描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1) 使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管电子束

15、在荧光屏上作同步扫描；2) 改变入射束在样品表面的扫描幅度，从而改变扫描像的放大倍数。 2.2.4 信号收集及图像显示系统 扫描电镜应用的物理信号可分为：（1)电子信号，包括二次电子、背散射电子、透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表测，其他电子信号用电子收集器；（2)特征X射线信号，用X射线谱仪检测(EDS)（3)光学信号（阴极荧光） 图像显示系统是将电信号转换为阴极射线显像管电子束强度的变化，得到一幅亮度变化的扫描像，同时用照相方式记录下来，或用数字化形式存储于计算机中。 2.2.5 真空系统 真空系统为电子光学系统提供必需的高真空，保证了电子束的正常扫描，还可以防止样品受到污染。2.

16、2.6 电源系统电源系统主要是指各种部件的电源，如加速电压电源、透镜电源和光电倍增管电源等。2.3 扫描电子显微镜的像衬度SEM像衬度的形成主要基于样品微区包括表面形貌、原子序数、晶体结构、表面电场和磁场等方面存在差异。入射电子与之相互作用，产生各种特征信号，其强度就存在着差异，反映到显像管荧光屏上的图像就有一定的衬度，主要包括表面形貌衬度和原子序数衬度。2.3.1 表面形貌衬度表面形貌衬度是指利用与样品表面形貌比较敏感的物理信号（特别是二次电子）作为显像管的调制信号，所得到的像衬度。表面形貌衬度通常与原子序数没有明确的关系。一般情况下，入射电子束与试样表面法线之间的夹角越大，二次电子产生数量

17、就会越大，则表面形貌衬度越强烈。如图2.4所示为二次电子形貌衬度产生原理图。图2.4 二次电子形貌衬度产生原理图 背散射电子也可以作为显示样品表面形貌的物理信号，但是由于背散射电子对表面形貌的变化不是很敏感，图像分辨率没有二次电子图像高，信号强度较低，所以一般不予采用。2.3.2 原子序数衬度 原子序数衬度也称为化学成分衬度，它是利用对样品微区原子序数或者化学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种显示微区化学成分差别的像衬度，这些物理信号主要包括背散射电子、特征X射线和吸收电子等。2.4 扫描电子显微镜的试样制备1试样制备直接关系到电子显微图像的观察效果，如果制备的试样不适合电镜的观察条

18、件，再好的仪器也无法得到好的观察效果。与投射电子显微镜相比，SEM的试样制备较之简单。在保持材料原始形状的情况下，直接观察和研究试样表面形貌及特征，是SEM的一个突出优点。 用SEM进行观测时，有以下几点要求:a、样品无毒、不具有放射性;b、不能含有挥发物( 水分、油等)。样品中含有水分将导致:水分子电离放电，导致电子束偏离或波动，无法成像;污染电镜内部;氧化灯丝，缩短灯丝的使用寿命，如果样品中含有水、油等易挥发物质时，必须进行预处理(干燥、除油、酸化等)。c、待观测的样品必须具有导电性。如观测陶瓷、纤维或生物样品等导电性较差的样品时，电子束会在样品表面进行累积(荷电效应)，轻则图像漂移或成雾

19、状，重则无法成像。如需对不导电或导电性较差的样品进行观测时，常见办法是对样品进行导电处理。2.4.1 块状试样的制备1、 导电块状试样。对于导电的块状试样，一般只需简单处理（清洗）或不加处理，只要试样尺寸在不超过样品台规定范围内，用导电银浆或胶带粘在样品台上即可。2、 不导电块状试样。对于导电性差或者不导电的块状试样，必须进行导电处理，包括蒸镀法、电镀法和导电染色体法等。2.4.2 粉末试样的制备 对于粉末试样，一般是将粉末撒在导电胶带上，然后用吹气橡胶球轻吹粉末，以使粉末均匀分布在胶带上，同时把粘结不牢的粉末吹走。然后进行导电处理，再进行观测。2.4.3 溶液试样的制备对于溶液试样通常采用薄

20、铜片作为载体。将溶液小心滴在铜片上，等溶剂完全挥发后观察析出来的样品量是否足够，不够可再滴一次，若足够，即可进行导电处理和观测。第三章 扫描电子显微镜发展与应用3.1 扫描电子显微镜的发展历史3.1.1 国外扫描电子显微镜发展概况101926年，德国物理学家HBusch指出：具有轴对称的磁场可以对电子束起到透镜的作用。这从理论上利用磁场作为电子透镜，对电子束进行汇聚和发散奠定了基础。1932年，德国柏林工科大学的Max Knoll和Ernst Ruska根据这一理论，研制出了第一台电子显微镜（透射式显微镜），它是一台经过改进的阴极射线示波器，成功得到了铜网的放大像，最初放大倍数仅为12倍，尽管

21、放大倍数很小，但它却证实了使用电子束和电子透镜能够形成与光学像相同的电子像。图3.1为第一台电子显微镜。图3.1 第一台电子显微镜1935年，Max Knoll为了研究二次发射的现象，对其中一个阴极射线管进行改装，产生电子束并且能放入试样，从另一个阴极射线管获取图像，两个显像管用一个扫描发生器同步。这算是最早的扫描电子显微镜雏形，但不具备实用价值。1937年，Manfred von Ardenne对电子束和样品相互作用的物理过程进行了完善。1940年，英国剑桥大学制作成功SEM。1942年，美国RCA实验室的Zworykinetal成功建造了第一台可以检测试样的SEM，分辨率达到了1m。195

22、2年，Charles Oatley等制造的SEM分辨率已达到50nm，由此，商业领域开始重视SEM所具备的功能。1960年，Thomas E.Everhart和 Richard F.M.Thornley改善了二次电子探测器，截止目前，E-T探测器依然是SEM二次电子探测器的主流探测器。1965年，剑桥科学仪器公司首先将SEM推向市场，SEM进入新的发展阶段，相关技术也得到了飞速发展。1967年，商品化的电子背散射衍射分析技术被引入到SEM中。1975年，美国Amary为了能够控制加速电压、放大倍数和磁透镜焦距的关系，首次将微计算机技术引入SEM中，使得二次电子图像分辨率达到6nm，至此，SEM

23、进入了数字化时代。80年代，波长分散谱仪(WDS)和能量散射谱仪（EDS）等分析装置也被引入SEM仪器中，这在很大程度上拓展了SEM的功能和应用价值。1985年，德国的蔡司公司首先推出计算机控制带有数字帧存器的数字图像SEM，1990年，SEM已全面进入数字图像时代。 目前，SEM二次电子图像分辨率已经趋近极限。高端SEM的生产厂商主要有美国的FEI，日本的Hitachi，德国的Carl Zeiss等。FEI的超高分辨率 Magellan XHR系列SEM是首台电子能量从1keV到30keV范围内分辨率达到亚纳米SEM，其电子束分辨率在电子能量为15keV 时为0.8nm、5keV 时为0.9

24、nm、1keV时为1.2nm，电子枪的场发射灯丝其寿命长达12个月。2011年6月，Hitachi推出的冷阴极场发射超高分辨率SEM SU9000 的二次电子分辨率更是达到0.4nm，其信号探测器可选二次电子探测器、TOP探测器、BF/DF双STEM探测器，使SU9000的功能得到极大的扩展。 3.1.2 国内扫描电子显微镜发展概况1975年8月，中国科学院科学仪器厂自行研制我国第一台扫描电子显微镜DX-3，分辨率为10nm，加速电压530kV，放大倍数从20倍10万倍。1980年中国科学院科学仪器厂研制出DX-5型SEM，分辨率为6nm，放大倍数15倍15万倍连续可调，有多种信号处理功能，设

25、计了五维运动工作台。1988年，中科院北京科学仪器厂研制成功LaB6阴极电子枪，使KYKY-1000BSEM的分辨率提高到4nm。1999年，中国科学院北京科学仪器研制中心研制生产的全计算机控制SEM KYKY-3800。当前，北京中科科仪公司是国内主要的SEM生产商，其最新SEM产品是KYKY-EM3900，和国外的先进SEM相比有较大的差距。目前我国只有中国科学院科学仪器厂和上海海邦机械设备制造有限公司在研制和生产扫描电子显微镜，主要是生产分辨率为35nm的中高档热发射的扫描电子显微镜，尚无法生产分辨率小于3nm的场发射SEM，目前我国各高校和研究所从事纳米研究所需的高档场发射扫描电子显微

26、镜完全依靠进口，因此自主研制高分辨率场发射扫描电子显微镜对于促进我国材料学科的发展，打破国外垄断具有重大意义。3.2 扫描电子显微镜的最新进展及趋势893.2.1 扫面电子显微镜发展阶段概述SEM的发展过程可以分为两个阶段： （1）近代阶段：前期为60年代第一台实用SEM开始到80年代，该阶段，扫描电镜主要是在分辨率上得到了较大进展，至80年代末期，全球各厂家的SEM二次电子图像分辨率已达到4.5nm，采取的措施主要包括：（1）为获得小束斑，降低透镜球相差系数；（2）增强照明源（采用LaB6）以提高电子枪亮度；（3）提高真空度；（4）减小外界振动的干扰。 （2）现代阶段；虽然该阶段SEM在分辨

27、率上取得了很大进展，但是SEM对于不导电或者导电性能不好的试样需要进行喷金，其次SEM功能比较单一，获得的材料信息较少，而随着材料科学特别是半导体工业的发展，对SEM的功能要求越来越高，而试样也尽量需要保持原始表面，于是从80年代开始，SEM便进入现代发展阶段，经过20多年的发展，已经发展了多种SEM，包括附带多种其他仪器的分析型SEM，场发射SEM，低真空和低电压SEM，以及近几年才出现的环境SEM。3.2.2 分析型扫描电子显微镜 分析型扫描电子显微镜是指对SEM配备多种附加仪器,以便对被测试样进行多种信息的分析,其附件一般有如下几种：（1）能谱仪（EDS）附件，可用来分析材料表面微区的成

28、分，并且不用标样，分析速度快，目前最先进的能谱仪分辨率为5到15eV；（2）电子背散射散射（EBSD）附件，主要做单晶体的物相分析，也可做单晶体的空间位向测定，共格晶界图以及晶粒尺寸分布图等。（3）波谱仪（WDS）,主要做成分分析，与能谱仪相比，其检测灵敏度更高。下面列举一个典型的SEM仪器：美国FEI公司生产的FIB/SEM聚焦离子/电子双束显微电镜如图3.2所示。图3.2 聚焦离子/电子双束显微电镜主要性能：二次电子像分辨率达到0.9nm（15kV）和1.4nm（1kV），放大倍数为40600000，加速电压：0.530kV，离子成像分辨率为4nm(30kV) 其加速电压为0.530KV。

29、主要配置及附件：EDS能谱仪、EBSD背散射电子衍射分析仪、微纳结构操作机械手、力学及电学性能测试附件。3.2.3 场发射扫描电子显微镜 场发射扫描电子显微镜就是采用高亮度场发射电子枪获得高分辨率的二次电子图像,目前场致发射电子枪常见的有两种:冷场致发射式和热场致发射式。采用场发射电子枪需要很高的真空度,在高真空度下由于电子束的散射更小,其分辨率进一步得到提高。同时,采用磁悬浮技术,噪音振动大为降低,灯丝寿命也有增加。可以观察和检测非均相有机材料、无机材料以及微米、纳米材料样品的表面特征,是纳米材料粒径测量和形貌观察的有效仪器,可广泛用于生物学、医学、金属材料、高分子材料等众多领域。3.2.4

30、 低电压和低真空扫描电子显微镜12 在SEM中,低电压是指电子束流加速电压在1kV左右。此时,对未经导电处理的非导体试样其充电效应可以减小,电子对试样的辐照损伤小,且二次电子的信息产额高,成像信息对表面状态更加敏感,边缘效应更加显著。但随着加速电压的降低,物镜的球像差效应增加,使得图像的分辨率不能达到很高,这就是低电压工作模式的局限性。低真空为是为了解决不导电试样分析的另一种工作模式。其关键技术是采用了一级压差光栏,实现了两级真空。发射电子束的电子室和使电子束聚焦的镜筒必须置于清洁的高真空状态。而样品室不一定要太高的真空。当聚焦的电子束进入低真空样品室后,与残余的空气分子碰撞并将其电离,这些离

31、化带有正电的气体分子在一个附加电场的作用下向充电的样品表面运动,与样品表面充电的电子中和,这样就消除了非导体表面的充电现象,从而实现了对非导体样品自然状态的直接观察。3.2.5 环境扫描电子显微镜13 低真空SEM样品室最高低真空压力为400Pa,现在有厂家使用专利技术,可使样品室的低真空压力达到2600Pa ,也就是样品室可容纳分子更多,在这种状态下,可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体,若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的周围环境,结合扫描电镜观察,可得到环境条件下试样的变化情况。环扫实现较高的低真空,其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器,还有一些其它相关技术也相

32、继得到完善。它是使用1个分子泵和2个机械泵,2个压差(压力限制)光栅将主体分成3个抽气区,镜筒处于高真空,样品周围为环境状态,样品室和镜筒之间存在一个缓冲过渡状态。使用时,高真空、低真空和环境3个模式可根据情况任意选择,并且在3种情况下都配有二次电子探测器,都能达到3.5nm的二次电子图像分辨率。ESEM的特点是: (1) 非导电材料不需喷镀导电层,可直接观察,分析简便迅速,不破坏原始形貌;(2) 可以检测含油含水易挥发会放气的样品,检测潮湿、新鲜的活样品,即可进行含油含水样品的观察,能够观察液体在样品表面的蒸发和凝结以及化学腐蚀行为; (3)可以用来对处于高温(最高可达1500e)、低温(最

33、低可达-185e) 和发光样品进行形貌观察和成分分析。3.3 扫描电子显微镜的应用 由于SEM功能越来越齐全，分辨率越来越高，使得其在各个领域都有广发的应用，促进了众多行业的快速发展。 （1）SEM在材料科学上应用：对材料的组织形貌包括材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌进行观察和分析，对金属材料零件表面镀层表面的分析，对某种试样的化学成分、晶体结构或位向的分析。图3.3 S-4800型FESEM下的AlN薄膜（2）SEM在生物学上的应用：包括对种子、花粉、细菌、昆虫的观察分析，大大拓宽了生物学的观察视野。图3.4 SEM下的花粉粒（3）SEM在医学上的应用：包括对血球、病毒和细胞的观察

34、，人工关节的磨损情况分析，大大加速了医学的发展。如图3.5所示为用SEM观察血红细胞上的流感病毒。图3.5 SEM下的血红细胞上的流感病毒颗粒 （4）SEM在其他领域的应用：包括考古学中对文物的勘测，机械行业中电机、零件磨损机理研究，冶金业中金相变化情况，IC行业中线宽测量，安全事故中的弹道分析等等。第四章 扫描电子显微镜发展方向分析 随着半导体工业和新材料技术等的不断发展，SEM也在不但向前发展。当前，SEM技术发展方向主要在一下几个方面： 一，提高电子枪的亮度。目前，亮度最高的电子枪是场发射电子枪。高性能场发射电子枪能够为SEM提供高亮度、高相干性的电子光源，使SEM能够在原子尺度上对材料

35、的原子排列和种类进行综合分析。 二，发展新一代单色器和球差校正器。现在的透射电镜的球差系数已降低到Cs0.05mm。色差系数已减小到 0.1。物镜球差校正器把场发射透射电镜分辨率从0.19nm提高0.12nm，甚至于小于0.1nm。在球差校正的同时，色差大约增大了30%左右，因此校正球差的同时，也要考虑校正色差。单色器能量分辨率将小于0.1eV，但单色器后的束流只有不加单色器时束流的十分之一左右，因此利用单色器的同时，也要考虑单色器的束流的减少问题。 三，减小外界振动扰动，提高样品室的清洁真空度。当观察倍数达到1万倍以上时，外界的振动干扰是影响SEM图像分辨率的一个重要因素，同样，当对试样表面

36、的精细结构进行观察时，如果表面玷污，也会严重影响观察结果。因此，设计和发展一个高防震、高清洁真空度系统是极其有必要的。四，通过计算机化控制调节图像的质量。通过对目前流行的SEM型号可知，计算机操作系统已经完全融入SEM之中。那么，发展计算机图像处理技术，加强电子计算机的软件功能，如何在低信噪比条件下保证图像的质量以及如何把其它领域中图像处理所采用的数学处理技术应用到SEM中，这很可能是未来SEM发展方向之一。 五，发展低温SEM技术和三维重构技术。低温SEM技术和三维重构技术是当前生物电子显微学的研究热点之一。通过低温SEM和计算机三维重构技术，可测定生物大分子及其复合体三维结构。通过低温SE

37、M技术，可以使样品处于含水状态，分子处于天然状态，使各种生物样品的观察分析结果更接近真实的状态。 参考文献1王醒东,林中山等.扫描电子显微镜的结构及对样品的制备J.广州化工, 2012, 40 (19)2郭素枝. 扫描电镜技术及其应用M. 厦门：厦门大学出版社, 20063Almira I. Blazek-Welsh, David G. Rhodes. SEM Imaging Predicts Quality of Niosomes from Maltodextrin-Based ProniosomesJ.Pharmaceutical Research, 2001,18(5)4Claudia

38、Maia-Brigagao,Wanderley de SouzaUsing environmental scanning electron microscopy(ESEM) as a quantitative method to analyse the attachment of Giardia duodenalis to epithelial cellsJ.Micron, 2012,43(23):4944965武开业. 扫描电子显微镜原理及特点J. 科技信息, 2010, 296刘剑霜, 谢锋等. 扫描电子显微镜J. 上海计量测试, 2003, 30(6)7S.Giffin, R. Litt

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