扫描电子显微镜-2

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1、第03讲 扫描电子显微镜-2第03讲 扫描电子显微镜-2v概述v电子束与样品作用时产生的信号v扫描电子显微镜的构造和工作原理v扫描电子显微镜的主要性能v表面形貌衬度的原理及应用v原子序数衬度的原理及应用4. SEM的主要性能v分辨率v放大倍数v景深4.1分辨率三大因素分辨率检测部位原子序数检测信号类型电子束束斑大小束斑大小对分辨率的影响vSEM的分辨率高低与检测信号种类有关。各种信号成像分辨率各种信号成像分辨率(nm)信信 号号 俄歇电子俄歇电子 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射线射线分辨率分辨率 510 510 50200 1001000 1001000

2、SEM的分辨率是指二次电子像的分辨率。 二次电子像的分辨率已优于5nm。 Optical Microscope VS SEM4.2放大倍数Ac荧光屏上扫描幅度AS样品上扫描幅度90年代后期生产的SEM的放大倍数从数倍到30万倍。ScAAM 4.3 景深v电子束在样品上高低不同部位同时聚焦的能力。用距离表示。景深的依赖关系景深的依赖关系 SEM景深很大。它的景深取决于分辨本领景深很大。它的景深取决于分辨本领d0和和电子束入射半角电子束入射半角 ac。由图可知，扫描电镜的景深。由图可知，扫描电镜的景深F为为因为因为 ac 很小，所以上式可写作很小，所以上式可写作ctgdF0cdF0三维形貌的观察和

3、分析在多相结构材料中，特别是在某些共晶材料和复合材料的显微组织和分析方面，由于可以借助于扫描电镜景深大的特点，所以完全可以采用深浸蚀的方法，把基体相溶去一定的深度，使得欲观察和研究的相显露出来，这样就可以在扫描电镜下观察到该相的三维立体的形态，这是光学显微镜和透射电镜无法做到的。像散(astigmatism)对成像的影响disc of least confusionmagnified point source由于发光物点不在光学系统的光轴上，它所发出的光束与光轴有一倾斜角。该光束经透镜折射后，光束不能聚焦于一点，成像不清晰，故产生像散。5. 表面形貌衬度原理及其应用5.1 表面形貌衬度原理v扫

4、描电镜像衬度主要是利用样品表面微区特征的差异，在电子束作用下产生不同强度的物理信号，导致阴极管荧光屏上不同区域出现不同亮度，获得具有一定衬度的像。v二次电子成像原理 v成像原理：二次电子产额对微区表面的几何形状十分敏感。v如图所示，随入射束与试样表面法线夹角增大，二次电子产额增大。二次电子发射强度与入射角的关系二次电子发射强度与入射角的关系图图(a)为电子束垂直入射，为电子束垂直入射， (b)为倾斜入射。图为倾斜入射。图(c)为入射角与二次电为入射角与二次电子从样品中出射距离的关系。二次电子能量低，从样品表面逸出的子从样品中出射距离的关系。二次电子能量低，从样品表面逸出的深度为深度为5nm10

5、nm。如果产生二次电子的深度为。如果产生二次电子的深度为x，逸出表面的最，逸出表面的最短距离则为短距离则为x cos(图图c)，显然，大，显然，大角的角的x cos小，会有更多的二次小，会有更多的二次电子逸出表面。观察比较平坦的样品表面时，如果倾斜一定的角度，电子逸出表面。观察比较平坦的样品表面时，如果倾斜一定的角度，会得到更好的二次电子图像衬度。会得到更好的二次电子图像衬度。 凸凹不平的样品表面所产生的二次电凸凹不平的样品表面所产生的二次电子，用二次电子探测器很容易全部被收集，子，用二次电子探测器很容易全部被收集，所以二次电子图像无阴影效应，二次电子所以二次电子图像无阴影效应，二次电子易受样

6、品电场和磁场影响。二次电子的产易受样品电场和磁场影响。二次电子的产额额(音德尔塔音德尔塔) K/cos K为常数，为常数，为入射电子与样品表面法为入射电子与样品表面法线之间的夹角线之间的夹角 角越大，二次电子产额越高，这表明角越大，二次电子产额越高，这表明二次电子对样品表面状态非常敏感二次电子对样品表面状态非常敏感。v因为电子束穿入样品激发二次电子的有效深度增加了，使表面5-10 nm作用体积内逸出表面的二次电子数量增多。v根据上述原理画出二次电子形貌衬度的示意图如下：v对于实际样品，表面形貌要比上面衬度的情况复杂得多。v(1)凸出的尖棱，小粒子以及比较陡的斜面处SE产额较多，在荧光屏上这部分

7、的亮度较大。v(2)平面上的SE产额较小，亮度较低。v(3)在深的凹槽底部尽管能产生较多二次电子，但是不易被获取到，因此相应衬度也较暗。v实际样品中二次电子的激发过程示意图实际样品中二次电子的激发过程示意图5.2 SE形貌衬度的应用烧结体/自然表面观察5.2.1样品表面形貌观察粉体形貌观察粉体形貌观察-Al-Al2 20 03 3团聚体团聚体(a)(a)和团聚体内部的一次粒子结构形态和团聚体内部的一次粒子结构形态(b)(b)(a) 300 (b) 6000钛酸铋钠粉体的六面体形貌钛酸铋钠粉体的六面体形貌 20000金相表面观察抛光面抛光面ZnO纳米线的二次电子图像 多孔氧化铝模板制备的金纳米线