扫描电镜和电子探针的原理和应用

扫描电镜和电子探针的原理和应用第1页，共10页，2023年，2月20日，星期六目录1、背景2、工作原理（1）扫描电镜的工作原理（2）电子探针的工作原理3、应用（1）扫描电镜的应用（2）电子探针的应用4、参考资料第2页，共10页，2023年，2月20日，星期六1、背景

扫描电子显微镜和电子探针由于其制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，故被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检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应用，在实际应用中也有着一定的区别。扫描电子显微镜第3页，共10页，2023年，2月20日，星期六

电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA(ElectronprobeX-raymicroanalyser)，扫描电子显微境英文缩写为SEM（ScanningElectronMicroscope）。这两种仪器是分别发展起来的，但现在除专门的电子探针外，大部分电子探针谱仪都是作为附件安装在扫描电镜或透射电镜上，与电镜组成一个多功能仪器以满足微区形貌、晶体结构及化学组成的同位同时分析的需要。

由于EPMA与SEM设计的初衷不同，所以二者还有一定差别，例如SEM以观察样品形貌特征为主，电子光学系统的设计注重图像质量，图像的分辨率高、景深大。现在钨灯丝SEM的二次电子像分辨率可达3nm，场发射SEM二次电子像分辨率可达1nm。由于SEM一般不安装WDS，所以真空腔体小，腔体可以保持较高真空度；另外，图像观察所使用的电子束电流小，电子光路及光阑等不易污染，使图像质量较长时间保持良好的状态。

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EPMA一般以成分分析为主，必须有WDS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二次电子像分辨率为6nm。EPMA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。EPMA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X射线的波长与强度，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、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和扫描电镜有近千台，分布在各个领域。背景第5页，共10页，2023年，2月20日，星期六2、（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，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优点：①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②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；③试样制备简单。第6页，共10页，2023年，2月20日，星期六2、（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，共10页，2023年，2月20日，星期六3、（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、夹杂物等;地质的矿物、岩石、矿石和陨石等;陶瓷、水泥、玻璃;化学催化剂和石油化工，高分子材料，涂料等;生物的牙齿、骨骼组织;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。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第8页，共10页，2023年，2月2