扫描电镜和电子探针的原理和应用精品文稿.ppt

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1、扫描电镜和电子探针的原理和应用第1页，本讲稿共10页目 录1 1、背景、背景2 2、工作原理、工作原理 （1 1）扫描电镜的工作原理）扫描电镜的工作原理 （2 2）电子探针的工作原理）电子探针的工作原理3 3、应用、应用 （1 1）扫描电镜的应用）扫描电镜的应用 （2 2）电子探针的应用）电子探针的应用4 4、参考资料参考资料第2页，本讲稿共10页1、背 景 扫描电子显微镜和电子探针扫描电子显微镜和电子探针由于其制样简单、放大倍数可由于其制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，故被广泛地应景深大等特点，故被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、用于化

2、学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。查等各个研究领域和工业部门。它们在材料科学中有着广泛的它们在材料科学中有着广泛的应用，在实际应用中也有着一应用，在实际应用中也有着一定的区别。定的区别。扫描电子显微镜第3页，本讲稿共10页 电电子探子探针针是是电电子探子探针针 X X 射射线显线显微分析微分析仪仪的的简简称，英文称，英文缩缩写写为为EPMA(Electron probe X-ray microanalyser)EPMA(Electron probe X-ray microanalyser)，扫扫描描电电子子显显微境英文微境英文

3、缩缩写写为为 SEMSEM（Scanning Electron MicroscopeScanning Electron Microscope）。）。这这两种两种仪仪器是分器是分别发别发展起来的，但展起来的，但现现在除在除专门专门的的电电子探子探针针外，大部分外，大部分电电子探子探针谱仪针谱仪都是作都是作为为附件安装在附件安装在扫扫描描电镜电镜或或透射透射电镜电镜上，与上，与电镜组电镜组成一个多功能成一个多功能仪仪器以器以满满足微区形貌、晶体足微区形貌、晶体结结构及化学构及化学组组成的同位同成的同位同时时分析的需要。分析的需要。由于由于 EPMA EPMA 与与 SEM SEM 设计设计的初衷不

4、同，所以二者的初衷不同，所以二者还还有一定差有一定差别别，例如，例如 SEM SEM 以以观观察察样样品形貌特征品形貌特征为为主，主，电电子光学系子光学系统统的的设计设计注重注重图图像像质质量，量，图图像的分辨率像的分辨率高、景深大。高、景深大。现现在在钨钨灯灯丝丝 SEM SEM 的二次的二次电电子像分辨率可达子像分辨率可达 3nm 3nm，场发场发射射 SEM SEM 二二次次电电子像分辨率可达子像分辨率可达 1nm 1nm。由于。由于 SEM SEM 一般不安装一般不安装 WDS WDS，所以真空腔体小，腔，所以真空腔体小，腔体可以保持体可以保持较较高真空度；另外，高真空度；另外，图图像

5、像观观察所使用的察所使用的电电子束子束电电流小，流小，电电子光路及子光路及光光阑阑等不易等不易污污染，使染，使图图像像质质量量较长时间较长时间保持良好的状保持良好的状态态。背背 景景第4页，本讲稿共10页 EPMA 一般以成分分析为主，必须有一般以成分分析为主，必须有 WDS 进行元素成分分析，真进行元素成分分析，真空腔体大，成分分析时电子束电流大，所以电子光路、光阑等易污染，图空腔体大，成分分析时电子束电流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，需经常清洗光路和光阑，通常像质量下降速度快，需经常清洗光路和光阑，通常 EPMA 二次电子像分二次电子像分辨率为辨率为 6nm。EPMA

6、 附有光学显微镜，用于直接观察和寻找样品分析点，附有光学显微镜，用于直接观察和寻找样品分析点，使样品分析点处于聚焦园（罗兰园）上，以保证成分定量分析的准确度。使样品分析点处于聚焦园（罗兰园）上，以保证成分定量分析的准确度。EPMA 和和 SEM 都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的样品表面，用都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的样品表面，用 X 射线能谱仪或波谱仪，测量电子与样品相互作用所产生的特征射线能谱仪或波谱仪，测量电子与样品相互作用所产生的特征 X 射线的波射线的波长与强度，长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可

7、以用二次电子或背散射电子等进行形貌观察。它们是现代固体材料显微分析子或背散射电子等进行形貌观察。它们是现代固体材料显微分析(微区成份、微区成份、形貌和结构分析形貌和结构分析)的最有用仪器之一，应用十分广泛。电子探针和扫描电镜都的最有用仪器之一，应用十分广泛。电子探针和扫描电镜都是用计算机控制分析过程和进行数据处理，并可进行彩色图像处理和图像分是用计算机控制分析过程和进行数据处理，并可进行彩色图像处理和图像分析工作，所以是一种现代化的大型综合分析仪。现国内各种型号的电子探针析工作，所以是一种现代化的大型综合分析仪。现国内各种型号的电子探针和扫描电镜有近千台，分布在各个领域。和扫描电镜有近千台，分

8、布在各个领域。背背 景景第5页，本讲稿共10页 2、（1）扫描电镜的工作原理SEM是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示，扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成和记录系统，真空系统三个基本部分组成 优点：优点：有较高的放大倍数，有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；万倍之间连续可调；有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可 直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；直接观察各种

9、试样凹凸不平表面的细微结构；试样制备简单。试样制备简单。第6页，本讲稿共10页 2、（2）电子探针的工作原理电子探针 可对试样进行微小区域成分分析。除H、He、Li、Be等几个较轻元素外，都可进行定性和定量分析。电子探针 的大批量是利用经过加速和聚焦的极窄的电子束为探针，激发试样中某一 微小区域，使其发出特征X射线，测定该X射线的波长和强度，即可对该 微区的元素作定性或定量分析。将扫描电子显微镜和电子探针结合，在显 微镜下把观察到的显微组织和元素成分联系起来，解决材料显微不均匀性 的问题，成为研究亚微观结构的有力工具。电子探针有三种基本工作方式：一、点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以

10、及对 其中所含元素进行定量分析；二、线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；三、面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。第7页，本讲稿共10页3、（1）电子探针的应用电子探针不仅用于基础研究的分析，亦可广泛用于生产在电子探针不仅用于基础研究的分析，亦可广泛用于生产在线的检验，品质管理的分析，以及能源、环境等检测。特线的检验，品质管理的分析，以及能源、环境等检测。特别是应用于金属固熔体相、相变、晶界、偏析物、夹杂物别是应用于金属固熔体相、相变、晶界、偏析物、夹杂物等等;地质的矿物、岩石、矿石和陨石等地质的矿物、岩石、矿石和陨石等;陶瓷、水泥、玻璃陶瓷、水泥、玻璃;化学催化剂和石油化工，高分子材料，涂料等化学催化剂和石油化工，高分子材料，涂料等;生物的牙生物的牙齿、骨骼组织齿、骨骼组织;半导体材料、集成电路、电器产品等领域半导体材料、集成电路、电器产品等领域的非破坏性的元素分析和观察。的非破坏性的元素分析和观察。断口分析、镀层分析、微区成分分析及显微组织形貌和催断口分析、镀层分析、微区成分分析及显微组织形貌和催化剂机理与失效研究化剂机理与失效研究 第8页，本讲稿共10页断口分析 磨损失效分析 腐蚀失效 3、（2）电子探针的应用第9页，本讲稿共10页第10页，本讲稿共10页