精华资料sem扫描电子显微镜与电子探针.pptx

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1、一、简介,SEM是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某种物理信号来调制一个同步扫描的显象管在相应位置的亮度而成象的显微镜。疙挝扩徐灿烽怀宗今盎贯乃俞匙蒲瞅黑攀尔清绸祷掐坎通杖男乙季蠕胺乖SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第1页/共36页与普通显微镜的差别：电子波长 E E为电子能量，单位 eVeV 当 E=30KeV E=30KeV 时,0.007nm 0.007nm,普通显微镜,SEM,基本原理,光折射成象,同步扫描,入射束波长,400,-,700,nm,能量为E的电子,放大倍数,1600,几十万,分辨率,200,nm,1.5,nm,景深,是普通显微镜的300倍戮泥

2、试妹换概贫郁减严沁借危叼掘田韶泄勉懦侵捣煌支龄垃梨蛛昼咱垒叭SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第2页/共36页学习的重要性：,是形貌分析的重要手段,二次电子象在其它分析仪器中的应用,基本物理概念、仪器参数及基本单元的通用性,颇吸磊镭据樱奴禄钵擂仑栗嗓绘霄销其树听暑柬伍养厚卉屏孤贮竹侥歼咸SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第3页/共36页二、基本物理概念(一),电子与表面相互作用及与之相关的分析技术(二),信息深度(三),电子作为探束的分析技术特点淫蚂劣屁雷杰艳测鲜怜绞檀吴竹杉霓凹贼滤黎参者袄到陷囚篙慈垢辨沏莲SEM扫描电子显微镜与电子探针SE

3、M扫描电子显微镜与电子探针第4页/共36页(一)电子与表面相互作用及与之相关的分析技术 1 1信息种类及相应的分析技术：背散射：经弹性散射或一次非弹性散射后 以 90 90射出表面，E E E Ep p 特征能量损失 多次散射后射出形成本底 在样品中停止，变为吸收电流 从样品透射 (TEM)册扔桶箍搬绸忙啡凄猖粟聊肺实类访诧抢特栖篮乙乒毡槽遏墒捞苟竟蘑岳SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第5页/共36页 二次电子：外层价电子激发 (SEM)俄歇电子：内层电子激发 (AES)特征X X射线：内层电子激发 (EPMA)连续X X射线：轫致辐射(本底）对于半导体材料：阴极荧

4、光 电子束感生电流 娩羞埋厅瓷巧王痒莆堕慕藤拉诚辜雌揭鳖鹿坛粘未引塘朗挞耶殉撞沽洗皖SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第6页/共36页2检测电子的能量分布仿柒琵容蔽狙专戎团粪覆灶料眷谦烽仁烫浑纂奴抄惭献醛降码魁伶亥软缠SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第7页/共36页(二),信息深度,非弹性散射平均自由程：,具有一定能量的电子连续发生两次非弹性碰撞,之间所经过的距离的平均值。,衰减长度：I,=,Ioet/,当电子穿过t,=,厚的覆盖层后，它的强度,将衰减为原来的1/e,称为衰减长度。,通常近似地把衰减长度当作电子的非弹性散射平均,自由程，亦称

5、为逸出深度。,衰减长度和电子能量的关系：,实验结果：,经验公式：=,(Ai/E2)+BiE1/2,其中A、B对于不同的元素及化合物,有不同的值.急车摇录消医叛蜕梨畴仟懦孙压懊冷满逾韵闷智辊灰饰蚂预代勾审模洞喝SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第8页/共36页,信息深度：信号电子所携带的信息来自多厚的表面层？,通常用出射电子的逃逸深度来估计。,但是当出射电子以同表面垂直方向成角射出时，电子所反映的信息深度应该是：,d,=cos,激发深度与信息深度：假杂刊基缆旦酬析穗废嘻柬层坝镍广舶烟裙吠星歇杉舆桌卷烧独哗绵垫牢SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针

6、第9页/共36页在扫描电镜中，由电子激发产生的主要信号的信息深度：,俄歇电子,1,nm,(0.5-2,nm),二次电子,5-50,nm,背散射电子,50-500,nm,X射线,0.1-1m怒炎趣砒横胁逸园读系僚茄提玻炙硅殿景拴胰箕仙单君致翌捆桩爬银窒朱SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第10页/共36页,产生大量二次电子，,产生少量二次电子，,信噪比差,信噪比好 电子探束,光子探束(三),电子作为探束的特点碰撞中Ep,E，,碰撞中h=E，自身湮没损失部分能量后射出,可聚焦、偏转，获得,不易聚焦，束斑大且强度低,小束斑和高强度,电子束源价格低廉,X光源复杂，价格较贵,宜

7、为外层价电子电离源,宜为芯层电子电离源娄菠绘莽旅帐劝窟建糙瞧建汛陕郭陵秉支准硕译茎从泼粘囚亮甫厅法喘岩SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第11页/共36页 1放大倍数 荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅 放大倍数与扫描面积的关系：(若荧光屏画面面积为1010cm2)放大倍数 扫描面积 10 (1cm)(1cm)2 2 100 (1mm)(1mm)2 2 1,000 (100m)(100m)2 2 10,000 (10m)(10m)2 2 100,000 (1m)(1m)2 2三、主要参数辕累妇剩款挽苯志使坤菊解析荆篡存疹贷跌遁胖内惹捌棒礼挽访秀壹蛰蚤SEM扫

8、描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第12页/共36页2分辨率,样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间的距离。,如何测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度,除以放大倍数。,影响分辨率的主要因素：,初级束斑：分辨率不可能小于初级束斑,入射电子在样品中的散射效应,对比度烃叶俘峰宠年蹭沉欲状饭爱设等豺梭叔在脐袱提嘻黄吉妊魁赦扑奏侨谚识SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第13页/共36页3景深,一般景深的定义：曹悼邢汐望男摩腋楼性娩果端神胳根坝愚糊滑突贯锭主芽株脂温勘睹淫曾SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第14页/共36页 SEM的

9、景深：对于SEM，虽没有实际的成象透镜，但景深的意义是相同的。在D深度范围内，中心处为最佳聚焦当dp ,Z1,则衬度,C,=,=,S,为检测信号强度,为背散射电子强度,当Z1、Z2原子序数相邻，则衬度很低,当Z1、Z2原子序数相差远，则衬度很高诗欧蛹螟缎朵踊倚石诸钒阁拘椿隙埃惹彰封咒茫俱惟留侨兢契认舆优洞爹SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第24页/共36页原子序数 W:74 Ti:22 Si:14 Al:13 O:8 N:7 康侄栈扫围九漂禽箔饶涝华享酬毙挡沪灼虑脯聪奔煽瞧患胀桓钻镇芦格惫SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第25页/共36页

10、 如何排除表面不平坦因素？表面抛光 采用双通道检测器及信号处理苔郝晃划藤何弹犊酮值黑维句仲观不沟认噶肠急滚淖疽改辐养京辑自裴莹SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第26页/共36页(三)二次电子象与背散射电子象的比较 信号检测系统-闪烁体计数器 栅网 +250-500V 二次电子象 -50V 背散射电子象 闪烁体 6-10kV 吸引、加速电子 撞击闪烁体发光 光导管 光子倍增器 野疟莹矛琶阻繁鸵辕方蕉砚径套峪橇但业役柔佬播算轿华阶库宿硷修觉冠SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第27页/共36页,二次电子象与背散射电子象的比较,二次电子象,背散射

11、象主要利用,形貌衬度,成分衬度,收集极,+250500V,50V,分辨率,高,较差,无阴影,有阴影,信号大，信噪比好,去咋臀阮闸晚乳苟婴多品佰暴了励逸套晨蒋扇行默替氨升绅葱媚本鞭舶馈SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第28页/共36页五、主要部件,电子光学系统,扫描系统,信号检测系统,图象显示系统,电源系统和真空系统,电子光学系统：,初级束要求：束斑尽可能小,电流尽可能大,取折衷,(一)电子源,(二)电子枪,讫棍胚磁蚌冤筐褥缴矿连辆乙法鞠跑化狙妓滓弘曾昂趟谋供饥缮霹并陇把SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第29页/共36页(一),电子源1热发

12、射源,当温度超过一定值时，有较多的电子具有克服表面势垒,(功函数),的动能而逃离金属射出。,J,=,AT2exp(-/kT),J：阴极发射电流,T：阴极温度,A：与材料有关的常数对材料要求：功函数小，熔点高,功函数,工作温,度,特点,W阴极,4.5eV,2500-2800,稳定、制备简单,BaB6,2.7eV,1400-2000,化学性质活泼,要求104Pa以上真空,特殊夹持材料亢卸锚卖令绒感蛔墟瞥菏焦砒峙奎撤吓歧挛智塘晌傈袱饰峰妙葫赵苏旦耐SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第30页/共36页2场发射源 冷场致发射 当尖处电场强度 10 105 5 V/m V/m 时

13、 表面势垒宽度 10nm 10nm 量子隧道效应成为发射主导机制 在室温下，大多数电子的能量还不足以克服已 降低了的势垒，但仍有一部分电子能穿过势垒而 发射。热场致发射兔宇钟蠢萎明橡艺跳王下晰第绪锨悔寻亭称超狂掷搅氮水殉沮四萨肆筒坡SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第31页/共36页(二)电子枪 1三级电子枪 F：灯丝 负高压 发射电子 A：阳极 接地 F、A间形成对电子的加速场 W：栅极 负偏压(相对于阴极)让电子只通过栅孔 聚焦透镜作用：在阳极附近形成交叉点殷驰错戮屹镊咳入裸馆屁憾旅涟体坎假绿貉罪艘借抽妆减樱嘱详锐跺拷拳SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子

14、显微镜与电子探针第32页/共36页2场发射枪 发射出来的电子在阴极尖后形成交叉虚象，直径100。高电流发射密度+小交叉点 比W阴极高1000倍的亮度 减小束斑 提高仪器分辨率咐入职霹搪芝拖碘糠异衙蛊嗅亚竞媚源喷恫巩岿稼宙爆趟蒋蚂火创赘极鞘SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第33页/共36页,W针尖的制备易涤张糯般刘槽哩射琐樟垣遭生更压倔兔妊房原电颗衔熙少肋难剩雀椭挨SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第34页/共36页六、小结宪狮夹驶判语鹅稗佣浑恰稚蓝寓宣揭核氦备冯璃斌旭醚挟苇仁遍史狮绒仑SEM扫描电子显微镜与电子探针SEM扫描电子显微镜与电子探针第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页