第13章材料分析方法.pptx

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1、会计学1第第13章材料章材料(cilio)分析方法分析方法第一页，共45页。2第十三章第十三章第十三章第十三章 扫描扫描扫描扫描(somio)(somio)电子显微镜电子显微镜电子显微镜电子显微镜本章主要本章主要本章主要本章主要(zhyo)(zhyo)内容内容内容内容第一节第一节第一节第一节 电子束与固体样品作用时产电子束与固体样品作用时产电子束与固体样品作用时产电子束与固体样品作用时产 生的信号生的信号生的信号生的信号第二节第二节第二节第二节 扫描电子显微镜的构造和工扫描电子显微镜的构造和工扫描电子显微镜的构造和工扫描电子显微镜的构造和工 作原理作原理作原理作原理第三节第三节第三节第三节 扫

2、描电子显微镜的主要扫描电子显微镜的主要扫描电子显微镜的主要扫描电子显微镜的主要(zhyo)(zhyo)性能性能性能性能第四节第四节第四节第四节 表面形貌衬度原理及其应用表面形貌衬度原理及其应用表面形貌衬度原理及其应用表面形貌衬度原理及其应用第五节第五节第五节第五节 原子序数衬度原理及其应用原子序数衬度原理及其应用原子序数衬度原理及其应用原子序数衬度原理及其应用第1页/共44页第二页，共45页。3第一节第一节 电子束与样品电子束与样品相互作用产生相互作用产生(chnshng)(chnshng)的信号的信号 样品对入射电子束的作用主要是散射，其中包括弹性散样品对入射电子束的作用主要是散射，其中包括

3、弹性散样品对入射电子束的作用主要是散射，其中包括弹性散样品对入射电子束的作用主要是散射，其中包括弹性散射和非弹性散射。这一过程产生的信号主要有，背散射电子、射和非弹性散射。这一过程产生的信号主要有，背散射电子、射和非弹性散射。这一过程产生的信号主要有，背散射电子、射和非弹性散射。这一过程产生的信号主要有，背散射电子、吸收电子和透射吸收电子和透射吸收电子和透射吸收电子和透射(tu sh)(tu sh)电子，还有韧致辐射电子，还有韧致辐射电子，还有韧致辐射电子，还有韧致辐射(连续连续连续连续X X射线射线射线射线)入射电子对样品的作用主要是原子电离，这一作用产生的信入射电子对样品的作用主要是原子电

4、离，这一作用产生的信入射电子对样品的作用主要是原子电离，这一作用产生的信入射电子对样品的作用主要是原子电离，这一作用产生的信 号主要有，二次电子、特号主要有，二次电子、特号主要有，二次电子、特号主要有，二次电子、特 征征征征 X X射线和俄歇电子，此射线和俄歇电子，此射线和俄歇电子，此射线和俄歇电子，此 外还有阴极荧光等信号外还有阴极荧光等信号外还有阴极荧光等信号外还有阴极荧光等信号 以下将分别介绍各种物理以下将分别介绍各种物理以下将分别介绍各种物理以下将分别介绍各种物理 信号及其特点，以及所反信号及其特点，以及所反信号及其特点，以及所反信号及其特点，以及所反 映的样品性质和用途映的样品性质和

5、用途映的样品性质和用途映的样品性质和用途 图图图图13-1 13-1 所示为电子束与样所示为电子束与样所示为电子束与样所示为电子束与样 品作用产生的主要信号品作用产生的主要信号品作用产生的主要信号品作用产生的主要信号图图13-1 电子束与固体样品作用电子束与固体样品作用(zuyng)产生的信号产生的信号第2页/共44页第三页，共45页。4一、背散射电子一、背散射电子一、背散射电子一、背散射电子 被样品原子散射，散射角大于被样品原子散射，散射角大于被样品原子散射，散射角大于被样品原子散射，散射角大于9090 而散射到样品表面以外而散射到样品表面以外而散射到样品表面以外而散射到样品表面以外的一部分

6、入射电子称为背散射电子，的一部分入射电子称为背散射电子，的一部分入射电子称为背散射电子，的一部分入射电子称为背散射电子，包括弹性背散射电子和包括弹性背散射电子和包括弹性背散射电子和包括弹性背散射电子和非弹性散射背散射电子非弹性散射背散射电子非弹性散射背散射电子非弹性散射背散射电子产生于样品表层几百纳米的深度范围产生于样品表层几百纳米的深度范围产生于样品表层几百纳米的深度范围产生于样品表层几百纳米的深度范围能量范围较宽，从几十到几万电子伏特能量范围较宽，从几十到几万电子伏特能量范围较宽，从几十到几万电子伏特能量范围较宽，从几十到几万电子伏特产额随样品平均原子序数增大而增大，产额随样品平均原子序数

7、增大而增大，产额随样品平均原子序数增大而增大，产额随样品平均原子序数增大而增大，所以背散射电子像的所以背散射电子像的所以背散射电子像的所以背散射电子像的衬度可反映对应样品位置的平均原子序数衬度可反映对应样品位置的平均原子序数衬度可反映对应样品位置的平均原子序数衬度可反映对应样品位置的平均原子序数背散射电子像主要背散射电子像主要背散射电子像主要背散射电子像主要(zhyo)(zhyo)用于定性分析材料的成分分布和用于定性分析材料的成分分布和用于定性分析材料的成分分布和用于定性分析材料的成分分布和显示相的显示相的显示相的显示相的形状和分布形状和分布形状和分布形状和分布第一节第一节 电子束与样品电子束

8、与样品相互作用产生相互作用产生(chnshng)(chnshng)的信号的信号第3页/共44页第四页，共45页。5二、吸收电子二、吸收电子二、吸收电子二、吸收电子 入射电子进入样品后，经多次非弹性散射使其能量消耗入射电子进入样品后，经多次非弹性散射使其能量消耗入射电子进入样品后，经多次非弹性散射使其能量消耗入射电子进入样品后，经多次非弹性散射使其能量消耗殆尽，最后被样品吸收，这部分入射电子称吸收电子殆尽，最后被样品吸收，这部分入射电子称吸收电子殆尽，最后被样品吸收，这部分入射电子称吸收电子殆尽，最后被样品吸收，这部分入射电子称吸收电子产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表

9、层约1 1微米的深度范围微米的深度范围微米的深度范围微米的深度范围产额随样品平均原子序数增大而减小。因为，在入射电子束产额随样品平均原子序数增大而减小。因为，在入射电子束产额随样品平均原子序数增大而减小。因为，在入射电子束产额随样品平均原子序数增大而减小。因为，在入射电子束强度一定的情况下，对应背散射电子产额大的区域吸收电子强度一定的情况下，对应背散射电子产额大的区域吸收电子强度一定的情况下，对应背散射电子产额大的区域吸收电子强度一定的情况下，对应背散射电子产额大的区域吸收电子就少，所以吸收电子像也可提供原子序数衬度就少，所以吸收电子像也可提供原子序数衬度就少，所以吸收电子像也可提供原子序数衬

10、度就少，所以吸收电子像也可提供原子序数衬度吸收电子像主要也用于定性分析材料的成分吸收电子像主要也用于定性分析材料的成分吸收电子像主要也用于定性分析材料的成分吸收电子像主要也用于定性分析材料的成分(chng fn)(chng fn)分布和显示分布和显示分布和显示分布和显示相的相的相的相的形状和分布形状和分布形状和分布形状和分布第一节第一节 电子束与样品电子束与样品(yngpn)(yngpn)相互作用产相互作用产生的信号生的信号第4页/共44页第五页，共45页。6三、透射电子三、透射电子三、透射电子三、透射电子 若入射电子能量很高，且样品很薄，则会有一部分电子若入射电子能量很高，且样品很薄，则会有

11、一部分电子若入射电子能量很高，且样品很薄，则会有一部分电子若入射电子能量很高，且样品很薄，则会有一部分电子穿过穿过穿过穿过(chun u)(chun u)样品，这部分入射电子称透射电子样品，这部分入射电子称透射电子样品，这部分入射电子称透射电子样品，这部分入射电子称透射电子透射电子中除了能量和入射电子相当的弹性散射电子外，还透射电子中除了能量和入射电子相当的弹性散射电子外，还透射电子中除了能量和入射电子相当的弹性散射电子外，还透射电子中除了能量和入射电子相当的弹性散射电子外，还有不同能量损失的非弹性散射电子，其中有些电子的能量损有不同能量损失的非弹性散射电子，其中有些电子的能量损有不同能量损失

12、的非弹性散射电子，其中有些电子的能量损有不同能量损失的非弹性散射电子，其中有些电子的能量损失具有特征值，称为特征能量损失电子失具有特征值，称为特征能量损失电子失具有特征值，称为特征能量损失电子失具有特征值，称为特征能量损失电子特征能量损失电子的能量与样品中元素的原子序数有对应关特征能量损失电子的能量与样品中元素的原子序数有对应关特征能量损失电子的能量与样品中元素的原子序数有对应关特征能量损失电子的能量与样品中元素的原子序数有对应关系，其强度随对应元素的含量增大而增大系，其强度随对应元素的含量增大而增大系，其强度随对应元素的含量增大而增大系，其强度随对应元素的含量增大而增大利用电子能量损失谱仪接

13、收特征能量损失电子信号，可进行利用电子能量损失谱仪接收特征能量损失电子信号，可进行利用电子能量损失谱仪接收特征能量损失电子信号，可进行利用电子能量损失谱仪接收特征能量损失电子信号，可进行微区成分的定性和定量分析微区成分的定性和定量分析微区成分的定性和定量分析微区成分的定性和定量分析第一节第一节 电子束与样品电子束与样品相互作用产生相互作用产生(chnshng)(chnshng)的信号的信号第5页/共44页第六页，共45页。7四、二次电子四、二次电子四、二次电子四、二次电子 在入射电子作用下，使样品原子的外层价电子或自由电在入射电子作用下，使样品原子的外层价电子或自由电在入射电子作用下，使样品原

14、子的外层价电子或自由电在入射电子作用下，使样品原子的外层价电子或自由电子被击出样品表面，称为二次电子子被击出样品表面，称为二次电子子被击出样品表面，称为二次电子子被击出样品表面，称为二次电子产生于样品表层产生于样品表层产生于样品表层产生于样品表层510nm510nm的深度范围的深度范围的深度范围的深度范围能量较低，一般不超过能量较低，一般不超过能量较低，一般不超过能量较低，一般不超过 50eV 50eV，大多数均小于，大多数均小于，大多数均小于，大多数均小于10eV10eV其产额其产额其产额其产额(chn)(chn)对样品表面形貌非常敏感，因此二次电子像可对样品表面形貌非常敏感，因此二次电子像

15、可对样品表面形貌非常敏感，因此二次电子像可对样品表面形貌非常敏感，因此二次电子像可提供表提供表提供表提供表面形貌衬度面形貌衬度面形貌衬度面形貌衬度二次电子像主要用于断口分析、显微组织分析和原始表面形二次电子像主要用于断口分析、显微组织分析和原始表面形二次电子像主要用于断口分析、显微组织分析和原始表面形二次电子像主要用于断口分析、显微组织分析和原始表面形貌观察等貌观察等貌观察等貌观察等第一节第一节 电子束与样品电子束与样品相互作用产生相互作用产生(chnshng)(chnshng)的信号的信号第6页/共44页第七页，共45页。8l l电子信号强度的关系电子信号强度的关系电子信号强度的关系电子信号

16、强度的关系l l 如果如果如果如果(rgu)(rgu)使样品接地，使样品接地，使样品接地，使样品接地，上述四种电子信号强度与入射电子强上述四种电子信号强度与入射电子强上述四种电子信号强度与入射电子强上述四种电子信号强度与入射电子强l l度度度度(i0)(i0)之间应满足之间应满足之间应满足之间应满足 ib+is+ia+it=i0 (13-1)ib+is+ia+it=i0 (13-1)l l 式中，式中，式中，式中，ib ib、is is、ia ia 和和和和 it it 分别为分别为分别为分别为l l 背散射电子、二次电子、吸收背散射电子、二次电子、吸收背散射电子、二次电子、吸收背散射电子、二

17、次电子、吸收l l 电子和透射电子信号强度。上电子和透射电子信号强度。上电子和透射电子信号强度。上电子和透射电子信号强度。上l l 式两端除以式两端除以式两端除以式两端除以 i0 i0 得得得得l l +=1 (13-2)=1 (13-2)l l 式中，式中，式中，式中，、和和和和 分别为背分别为背分别为背分别为背l l 散射、发射、吸收和透射系数散射、发射、吸收和透射系数散射、发射、吸收和透射系数散射、发射、吸收和透射系数l l 上述四个系数与上述四个系数与上述四个系数与上述四个系数与 样品质量厚度样品质量厚度样品质量厚度样品质量厚度l l 的关系如图的关系如图的关系如图的关系如图13-21

18、3-2所示所示所示所示第一节第一节 电子束与样品电子束与样品(yngpn)(yngpn)相互作用产相互作用产生的信号生的信号图图13-2 铜样品铜样品(yngpn)、及及 与与 t 的的关系关系(入射电子能量入射电子能量E0=10keV)第7页/共44页第八页，共45页。9五、特征五、特征五、特征五、特征X X射线射线射线射线 如前如前如前如前(第一章第一章第一章第一章)所述，所述，所述，所述，当入射电子能量足以使样品原子的当入射电子能量足以使样品原子的当入射电子能量足以使样品原子的当入射电子能量足以使样品原子的内层电子击出时，原子处于能量较高的激发态，外层电子将内层电子击出时，原子处于能量较

19、高的激发态，外层电子将内层电子击出时，原子处于能量较高的激发态，外层电子将内层电子击出时，原子处于能量较高的激发态，外层电子将向内层跃迁向内层跃迁向内层跃迁向内层跃迁(yuqin)(yuqin)填补内层空位，发射特征填补内层空位，发射特征填补内层空位，发射特征填补内层空位，发射特征X X射线释放多余射线释放多余射线释放多余射线释放多余的能量的能量的能量的能量产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表层约1 1 mm的深度范围的深度范围的深度范围的深度范围其能量或波长与样品中元素的原子序数有对应关系其能量或波长与样品中元素的原子序数有对应关系其能量或波长与样品中元素的原子序数有

20、对应关系其能量或波长与样品中元素的原子序数有对应关系其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大特征特征特征特征X X射线主要用于材料微区成分定性和定量分析射线主要用于材料微区成分定性和定量分析射线主要用于材料微区成分定性和定量分析射线主要用于材料微区成分定性和定量分析第一节第一节 电子束与样品电子束与样品(yngpn)(yngpn)相互作用产相互作用产生的信号生的信号第8页/共44页第九页，共45页。10六、俄歇电子六、俄歇电子六、俄歇电子六、俄歇电子 处于能量较高的激发态原子，外层电子将向内层跃迁填处于能量较高的激

21、发态原子，外层电子将向内层跃迁填处于能量较高的激发态原子，外层电子将向内层跃迁填处于能量较高的激发态原子，外层电子将向内层跃迁填补内层空位时，不以发射特征补内层空位时，不以发射特征补内层空位时，不以发射特征补内层空位时，不以发射特征X X射线的形式释放多余的能量，射线的形式释放多余的能量，射线的形式释放多余的能量，射线的形式释放多余的能量，而是向外发射外层的另一个电子，称为俄歇电子而是向外发射外层的另一个电子，称为俄歇电子而是向外发射外层的另一个电子，称为俄歇电子而是向外发射外层的另一个电子，称为俄歇电子产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表层约产生于样品表层约1nm1nm的深度范围的深

22、度范围的深度范围的深度范围其能量与样品中元素的原子序数存在其能量与样品中元素的原子序数存在其能量与样品中元素的原子序数存在其能量与样品中元素的原子序数存在(cnzi)(cnzi)对应关系，对应关系，对应关系，对应关系，能量能量能量能量较低，较低，较低，较低，一般在一般在一般在一般在 501500eV 501500eV 范围内范围内范围内范围内其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大其强度随对应元素含量增多而增大俄歇电子主要用于材料极表层的成分定性和定量分析俄歇电子主要用于材料极表层的成分定性和定量分析俄歇电子主要用于材料极表层的成分定性和定量分

23、析俄歇电子主要用于材料极表层的成分定性和定量分析第一节第一节 电子束与样品电子束与样品(yngpn)(yngpn)相互作用产相互作用产生的信号生的信号第9页/共44页第十页，共45页。11第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造和工作造和工作(gngzu)(gngzu)原原理理 如图如图如图如图13-313-3所示，扫描电子显微镜由电子光学系统，信号所示，扫描电子显微镜由电子光学系统，信号所示，扫描电子显微镜由电子光学系统，信号所示，扫描电子显微镜由电子光学系统，信号收集和图像收集和图像收集和图像收集和图像(t xin)(t xin)显示记录系统，真空系统三个基本部分组显示记录系统，真空系统三

24、个基本部分组显示记录系统，真空系统三个基本部分组显示记录系统，真空系统三个基本部分组成成成成 图图13-3 扫描扫描(somio)电子显微镜的电子显微镜的结构原理图结构原理图第10页/共44页第十一页，共45页。12一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统(镜筒镜筒镜筒镜筒)1.1.电子枪电子枪电子枪电子枪扫描电镜中的电子枪与透射电镜基本相同，扫描电镜中的电子枪与透射电镜基本相同，扫描电镜中的电子枪与透射电镜基本相同，扫描电镜中的电子枪与透射电镜基本相同，也有热发射和场也有热发射和场也有热发射和场也有热发射和场发射两种，只是加速电压较低，一般最高为发射两种，只是加速电压

25、较低，一般最高为发射两种，只是加速电压较低，一般最高为发射两种，只是加速电压较低，一般最高为30kV30kV2.2.电磁透镜电磁透镜电磁透镜电磁透镜扫描电镜中的电磁透镜并不用于聚焦成像，扫描电镜中的电磁透镜并不用于聚焦成像，扫描电镜中的电磁透镜并不用于聚焦成像，扫描电镜中的电磁透镜并不用于聚焦成像，而均为聚光镜，而均为聚光镜，而均为聚光镜，而均为聚光镜，它们的作用是把电子束斑尺寸它们的作用是把电子束斑尺寸它们的作用是把电子束斑尺寸它们的作用是把电子束斑尺寸(ch cun)(ch cun)逐级聚焦缩小，逐级聚焦缩小，逐级聚焦缩小，逐级聚焦缩小，从电子从电子从电子从电子枪的束枪的束枪的束枪的束斑斑

26、斑斑5050 m m 缩小为几个纳米的电子束缩小为几个纳米的电子束缩小为几个纳米的电子束缩小为几个纳米的电子束扫描电镜一般配有三个聚光镜，扫描电镜一般配有三个聚光镜，扫描电镜一般配有三个聚光镜，扫描电镜一般配有三个聚光镜，前两级聚光镜为强磁透镜；前两级聚光镜为强磁透镜；前两级聚光镜为强磁透镜；前两级聚光镜为强磁透镜；末级透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距，习惯上称之为物镜。末级透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距，习惯上称之为物镜。末级透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距，习惯上称之为物镜。末级透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距，习惯上称之为物镜。扫描电镜束斑尺寸扫描电镜束斑尺寸扫描电镜束斑尺寸扫描电镜束斑尺寸(

27、ch cun)(ch cun)约为约为约为约为35nm35nm，场发射扫描电镜可小至，场发射扫描电镜可小至，场发射扫描电镜可小至，场发射扫描电镜可小至1nm1nm第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造造(guzo)(guzo)和工作原理和工作原理第11页/共44页第十二页，共45页。13一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统3.3.扫描线圈扫描线圈扫描线圈扫描线圈 扫描线圈的作用是使电子束偏转，扫描线圈的作用是使电子束偏转，扫描线圈的作用是使电子束偏转，扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的并在样品表面作有规则的并在样品表面作有规则的并在样品表面作有规

28、则的 扫描，两种方式扫描，两种方式扫描，两种方式扫描，两种方式(fngsh)(fngsh)见图见图见图见图13-413-4 表面形貌分析时，采用光栅表面形貌分析时，采用光栅表面形貌分析时，采用光栅表面形貌分析时，采用光栅 扫描方式扫描方式扫描方式扫描方式(fngsh)(fngsh)，电子，电子，电子，电子束在样品表束在样品表束在样品表束在样品表 面扫描出方形区域面扫描出方形区域面扫描出方形区域面扫描出方形区域 电子通道花样分析时，采用电子通道花样分析时，采用电子通道花样分析时，采用电子通道花样分析时，采用 角光栅角光栅角光栅角光栅(摇摆摇摆摇摆摇摆)扫描方式扫描方式扫描方式扫描方式(fngsh

29、)(fngsh)扫描线圈同步控制电子束在扫描线圈同步控制电子束在扫描线圈同步控制电子束在扫描线圈同步控制电子束在 样品表面的扫描和显像管的样品表面的扫描和显像管的样品表面的扫描和显像管的样品表面的扫描和显像管的 扫描扫描扫描扫描图图13-4 电子束的扫描电子束的扫描(somio)方式方式a)光栅扫描光栅扫描(somio)b)角光栅扫描角光栅扫描(somio)第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造造(guzo)(guzo)和工作原理和工作原理第12页/共44页第十三页，共45页。14一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统一、电子光学系统4)4)样品室样品室样品室样品室 样品室位于镜筒

30、的最下方，除了放置样品外，还要在合样品室位于镜筒的最下方，除了放置样品外，还要在合样品室位于镜筒的最下方，除了放置样品外，还要在合样品室位于镜筒的最下方，除了放置样品外，还要在合适位置安放各种信号探测器适位置安放各种信号探测器适位置安放各种信号探测器适位置安放各种信号探测器样品台是一个复杂而精密的组件，应能可靠地承载或夹持样样品台是一个复杂而精密的组件，应能可靠地承载或夹持样样品台是一个复杂而精密的组件，应能可靠地承载或夹持样样品台是一个复杂而精密的组件，应能可靠地承载或夹持样品，并使样品能够实现平移、倾斜和旋转等动作，以便对样品，并使样品能够实现平移、倾斜和旋转等动作，以便对样品，并使样品能

31、够实现平移、倾斜和旋转等动作，以便对样品，并使样品能够实现平移、倾斜和旋转等动作，以便对样品上每一特定位置或特定方位进行分析品上每一特定位置或特定方位进行分析品上每一特定位置或特定方位进行分析品上每一特定位置或特定方位进行分析新式扫描电镜的样品室相当于一个微型试验室，附有多种控新式扫描电镜的样品室相当于一个微型试验室，附有多种控新式扫描电镜的样品室相当于一个微型试验室，附有多种控新式扫描电镜的样品室相当于一个微型试验室，附有多种控制功能，如可使样品进行加热制功能，如可使样品进行加热制功能，如可使样品进行加热制功能，如可使样品进行加热(ji r)(ji r)、冷却、拉伸、弯曲等试、冷却、拉伸、弯

32、曲等试、冷却、拉伸、弯曲等试、冷却、拉伸、弯曲等试验验验验样品室一般设置为高真空状态。目前有些扫描电镜，可根据样品室一般设置为高真空状态。目前有些扫描电镜，可根据样品室一般设置为高真空状态。目前有些扫描电镜，可根据样品室一般设置为高真空状态。目前有些扫描电镜，可根据分析需要，将样品室设置为低真空或环境真空分析需要，将样品室设置为低真空或环境真空分析需要，将样品室设置为低真空或环境真空分析需要，将样品室设置为低真空或环境真空第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造和工作造和工作(gngzu)(gngzu)原原理理第13页/共44页第十四页，共45页。15二、信号收集和图像显示记录系统二、信号收集

33、和图像显示记录系统二、信号收集和图像显示记录系统二、信号收集和图像显示记录系统 1)1)信号收集信号收集信号收集信号收集 二次电子、背散射电子等信号，采用闪烁计数器检测。电子二次电子、背散射电子等信号，采用闪烁计数器检测。电子二次电子、背散射电子等信号，采用闪烁计数器检测。电子二次电子、背散射电子等信号，采用闪烁计数器检测。电子信号进入闪烁体后即引起电离，离子和自由电子复合后产生信号进入闪烁体后即引起电离，离子和自由电子复合后产生信号进入闪烁体后即引起电离，离子和自由电子复合后产生信号进入闪烁体后即引起电离，离子和自由电子复合后产生可见光，可见光信号进入光电倍增管，光信号放大又转化为可见光，可

34、见光信号进入光电倍增管，光信号放大又转化为可见光，可见光信号进入光电倍增管，光信号放大又转化为可见光，可见光信号进入光电倍增管，光信号放大又转化为电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后成为调制信号电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后成为调制信号电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后成为调制信号电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后成为调制信号2)2)图像显示图像显示图像显示图像显示样品上入射电子束和显像管中的电子同步扫描，荧光屏上每样品上入射电子束和显像管中的电子同步扫描，荧光屏上每样品上入射电子束和显像管中的电子同步扫描，荧光屏上每样品上入射电子束和显像管中的电子同步扫描，荧光屏上

35、每一像点的亮度，对应于样品相应位置的信号强度。因此一像点的亮度，对应于样品相应位置的信号强度。因此一像点的亮度，对应于样品相应位置的信号强度。因此一像点的亮度，对应于样品相应位置的信号强度。因此(ync)(ync)若样若样若样若样品上各点的状态不同，接收到的信号强度也不同，对应于荧品上各点的状态不同，接收到的信号强度也不同，对应于荧品上各点的状态不同，接收到的信号强度也不同，对应于荧品上各点的状态不同，接收到的信号强度也不同，对应于荧光屏上像点的亮度就不同，所以在荧光屏上显示出反映样品光屏上像点的亮度就不同，所以在荧光屏上显示出反映样品光屏上像点的亮度就不同，所以在荧光屏上显示出反映样品光屏上

36、像点的亮度就不同，所以在荧光屏上显示出反映样品表面状态的图像表面状态的图像表面状态的图像表面状态的图像第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造和工作造和工作(gngzu)(gngzu)原原理理第14页/共44页第十五页，共45页。16三、真空系统三、真空系统三、真空系统三、真空系统 为保证扫描电子显微镜正常工作，为保证扫描电子显微镜正常工作，为保证扫描电子显微镜正常工作，为保证扫描电子显微镜正常工作，对镜筒内的真空度有对镜筒内的真空度有对镜筒内的真空度有对镜筒内的真空度有一定一定一定一定(ydng)(ydng)要求要求要求要求 一般情况下，若镜筒真空度达一般情况下，若镜筒真空度达一般情况下，若

37、镜筒真空度达一般情况下，若镜筒真空度达 到到到到1.331.33 10-2 1.33 10-2 1.33 10-3Pa10-3Pa，就，就，就，就 可防止电子枪极间放电和样品可防止电子枪极间放电和样品可防止电子枪极间放电和样品可防止电子枪极间放电和样品 污染，对于场发射枪则需要更污染，对于场发射枪则需要更污染，对于场发射枪则需要更污染，对于场发射枪则需要更 高的真空度高的真空度高的真空度高的真空度 图图图图13-513-5为扫描电子显微镜的实为扫描电子显微镜的实为扫描电子显微镜的实为扫描电子显微镜的实 物照片物照片物照片物照片图图13-5 S-3000N型扫描电镜外观型扫描电镜外观(wigun

38、)图图第二节第二节 扫描电镜的构扫描电镜的构造造(guzo)(guzo)和工作原理和工作原理第15页/共44页第十六页，共45页。17第三节第三节 扫描扫描(somio)(somio)电子显微镜电子显微镜的主要性能的主要性能一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率 扫描电镜的分辨率的高低和检测扫描电镜的分辨率的高低和检测扫描电镜的分辨率的高低和检测扫描电镜的分辨率的高低和检测(jin c)(jin c)的信号种类有关，的信号种类有关，的信号种类有关，的信号种类有关，因为因为因为因为不同信号产生于样品的深度范围不同，见表不同信号产生于样品的深度范围不同，见表不同信号产生于样品的深度范围不同，见表

39、不同信号产生于样品的深度范围不同，见表13-113-1由表由表由表由表13-1 13-1 可见，产生俄歇电子的样品深度最小，可见，产生俄歇电子的样品深度最小，可见，产生俄歇电子的样品深度最小，可见，产生俄歇电子的样品深度最小，其次为二次其次为二次其次为二次其次为二次电子，吸收电子和特征电子，吸收电子和特征电子，吸收电子和特征电子，吸收电子和特征X X射线产生的样品深度范围最大射线产生的样品深度范围最大射线产生的样品深度范围最大射线产生的样品深度范围最大如图如图如图如图13-613-6，电子束在样品中一般扩展成一个滴状区域，电子束在样品中一般扩展成一个滴状区域，电子束在样品中一般扩展成一个滴状区

40、域，电子束在样品中一般扩展成一个滴状区域，其扩其扩其扩其扩展区域深度和形状受加速电压和样品原子序数的影响，展区域深度和形状受加速电压和样品原子序数的影响，展区域深度和形状受加速电压和样品原子序数的影响，展区域深度和形状受加速电压和样品原子序数的影响，扩展扩展扩展扩展区域随加速电压升高而增大，随样品原子序数增大而减小区域随加速电压升高而增大，随样品原子序数增大而减小区域随加速电压升高而增大，随样品原子序数增大而减小区域随加速电压升高而增大，随样品原子序数增大而减小信信 号号二次电子二次电子背散射电子背散射电子吸收电子吸收电子特征特征X射线射线俄歇电子俄歇电子深度范围深度范围51050200100

41、100010010000.52表表13-1 各种信号来自各种信号来自(li z)样品表面的深度范围样品表面的深度范围 (nm)第16页/共44页第十七页，共45页。18一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率 下图所示为在不同加速下图所示为在不同加速下图所示为在不同加速下图所示为在不同加速(ji s)(ji s)电压下，电子束在样品中扩展区电压下，电子束在样品中扩展区电压下，电子束在样品中扩展区电压下，电子束在样品中扩展区域的计算机模拟结果域的计算机模拟结果域的计算机模拟结果域的计算机模拟结果25 kV15 kV5 kV加速电压对电子束的扩展区域加速电压对电子束的扩展区域(qy)的影响的影响第

42、三节第三节 扫描电子显微扫描电子显微镜的主要镜的主要(zhyo)(zhyo)性能性能第17页/共44页第十八页，共45页。19一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率 下图所示为加速电压一定时，电子束在不同样品中扩展下图所示为加速电压一定时，电子束在不同样品中扩展下图所示为加速电压一定时，电子束在不同样品中扩展下图所示为加速电压一定时，电子束在不同样品中扩展区域的计算机模拟区域的计算机模拟区域的计算机模拟区域的计算机模拟(mn)(mn)结果结果结果结果Ag47C6Fe26样品样品(yngpn)原子序数对电子束的扩展区域的影响原子序数对电子束的扩展区域的影响第三节第三节 扫描扫描(somio)(

43、somio)电子显微镜电子显微镜的主要性能的主要性能第18页/共44页第十九页，共45页。20第三节第三节 扫描电子显微扫描电子显微镜的主要镜的主要(zhyo)(zhyo)性能性能一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率 由图由图由图由图13-613-6可知，可知，可知，可知，各种信号成像分辨率将随着信号产生各种信号成像分辨率将随着信号产生各种信号成像分辨率将随着信号产生各种信号成像分辨率将随着信号产生(chnshng)(chnshng)的的的的深度范围增大而下降。因为随着深度距离增大，电子束横向深度范围增大而下降。因为随着深度距离增大，电子束横向深度范围增大而下降。因为随着深度距离增大，电子

44、束横向深度范围增大而下降。因为随着深度距离增大，电子束横向 扩展范围也增大扩展范围也增大扩展范围也增大扩展范围也增大 因电子的平均自由程很短，而二次因电子的平均自由程很短，而二次因电子的平均自由程很短，而二次因电子的平均自由程很短，而二次 电子的能量很低，较深范围产生电子的能量很低，较深范围产生电子的能量很低，较深范围产生电子的能量很低，较深范围产生(chnshng)(chnshng)的的的的 二次电子不能逸出表面；较深范围二次电子不能逸出表面；较深范围二次电子不能逸出表面；较深范围二次电子不能逸出表面；较深范围 产生产生产生产生(chnshng)(chnshng)的俄歇电子因受样品非弹的俄歇

45、电子因受样品非弹的俄歇电子因受样品非弹的俄歇电子因受样品非弹性散性散性散性散 射而失去特征能量射而失去特征能量射而失去特征能量射而失去特征能量 由于产生由于产生由于产生由于产生(chnshng)(chnshng)二次电子的样品区域二次电子的样品区域二次电子的样品区域二次电子的样品区域小，小，小，小，因此二次电子图像分辨率高因此二次电子图像分辨率高因此二次电子图像分辨率高因此二次电子图像分辨率高 图图13-6 电子束的扩展电子束的扩展(kuzhn)区域区域第19页/共44页第二十页，共45页。21一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率因产生背散射电子的深度范围较大，因产生背散射电子的深度范围较

46、大，因产生背散射电子的深度范围较大，因产生背散射电子的深度范围较大，电子束在此深度的横向电子束在此深度的横向电子束在此深度的横向电子束在此深度的横向(hn xin)(hn xin)扩展范围也变大，扩展范围也变大，扩展范围也变大，扩展范围也变大，所以背散射电子像的分辨率低于二次电子所以背散射电子像的分辨率低于二次电子所以背散射电子像的分辨率低于二次电子所以背散射电子像的分辨率低于二次电子 像；而产生吸收电子深度范围更像；而产生吸收电子深度范围更像；而产生吸收电子深度范围更像；而产生吸收电子深度范围更 大，因此相应的图像分辨率更低大，因此相应的图像分辨率更低大，因此相应的图像分辨率更低大，因此相应

47、的图像分辨率更低 因二次电子像的分辨率最高，习因二次电子像的分辨率最高，习因二次电子像的分辨率最高，习因二次电子像的分辨率最高，习 惯用二次电子像分辨率作为扫描惯用二次电子像分辨率作为扫描惯用二次电子像分辨率作为扫描惯用二次电子像分辨率作为扫描 电镜分辨率指标电镜分辨率指标电镜分辨率指标电镜分辨率指标 特征特征特征特征 X X射线和俄歇电子用于成分射线和俄歇电子用于成分射线和俄歇电子用于成分射线和俄歇电子用于成分 分析，通常把产生这些信号的样分析，通常把产生这些信号的样分析，通常把产生这些信号的样分析，通常把产生这些信号的样 品区域，称作为微区成分析的空品区域，称作为微区成分析的空品区域，称作

48、为微区成分析的空品区域，称作为微区成分析的空 间分辨率间分辨率间分辨率间分辨率第三节第三节 扫描扫描(somio)(somio)电子显微镜电子显微镜的主要性能的主要性能图图13-6 电子束的扩展电子束的扩展(kuzhn)区区域域第20页/共44页第二十一页，共45页。22一、分辨率一、分辨率一、分辨率一、分辨率 如图如图如图如图13-713-7所示，通常采用真空蒸镀的金膜颗粒样品，测所示，通常采用真空蒸镀的金膜颗粒样品，测所示，通常采用真空蒸镀的金膜颗粒样品，测所示，通常采用真空蒸镀的金膜颗粒样品，测定扫描电镜的分辨率。在照片定扫描电镜的分辨率。在照片定扫描电镜的分辨率。在照片定扫描电镜的分辨

49、率。在照片(zhopin)(zhopin)中测出颗粒的最小间距中测出颗粒的最小间距中测出颗粒的最小间距中测出颗粒的最小间距在处以在处以在处以在处以放大倍数即为扫描电镜的图像分辨率放大倍数即为扫描电镜的图像分辨率放大倍数即为扫描电镜的图像分辨率放大倍数即为扫描电镜的图像分辨率 如在照片如在照片如在照片如在照片(zhopin)(zhopin)中测出颗粒中测出颗粒中测出颗粒中测出颗粒的最小间的最小间的最小间的最小间 距距距距 0.30mm 0.30mm，照片照片照片照片(zhopin)(zhopin)的的的的放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 为为为为3030万倍，则分辨率为万倍，则分辨率为万倍，则分

50、辨率为万倍，则分辨率为1nm1nm；二次电子像分辨率将随加速电二次电子像分辨率将随加速电二次电子像分辨率将随加速电二次电子像分辨率将随加速电 压减小而下降压减小而下降压减小而下降压减小而下降图图13-7 二次电子像分辨率的测定二次电子像分辨率的测定(cdng)第三节第三节 扫描电子显微扫描电子显微镜的主要镜的主要(zhyo)(zhyo)性能性能第21页/共44页第二十二页，共45页。23二、放大倍数二、放大倍数二、放大倍数二、放大倍数 入射电子束在样品表面扫描的幅度为入射电子束在样品表面扫描的幅度为入射电子束在样品表面扫描的幅度为入射电子束在样品表面扫描的幅度为 As As，相应地在相应地在相