B扫描电镜的基本原理与应用

日立S-3000N钨灯丝扫描电镜

原理与应用电镜应用工程师程路2011年4月26日现在是1页\一共有30页\编辑于星期日内容提要一、扫描电镜的分类简介二、日立S-3000N扫描电镜的基本原理三、日立S-3000N扫描电镜的操作基础四、日立S-3000N扫描电镜的参数条件设定现在是2页\一共有30页\编辑于星期日光学显微镜和电子显微镜的区别1、扫描电镜的分类简介现在是3页\一共有30页\编辑于星期日各种显微镜的比较1、扫描电镜的分类简介现在是4页\一共有30页\编辑于星期日电子显微镜的分类1、扫描电镜的分类简介电子显微镜扫描电镜SEM扫描透射电镜STEM透射电镜TEM台式电镜钨灯丝扫描电镜场发射扫描电镜120KV200KV300KV超高压透射冷场发射扫描电镜热场发射扫描电镜现在是5页\一共有30页\编辑于星期日台式电镜的特点1、扫描电子显微镜SEM—台式电镜1、2005日立公司开创性的推出了外观小巧的台式扫描电镜。2、操作维护简便，配置低真空模式可直接观察不导电样品。3、比光学显微镜获得更好的大景深图像。4、放大倍数最大倍率可到3万倍。现在是6页\一共有30页\编辑于星期日台式扫描电镜直接观察不导电样品样品：红薯倍率：X800没有喷镀1、扫描电子显微镜SEM—台式电镜现在是7页\一共有30页\编辑于星期日日立SU-1510日立S-3400N日立TM-3000日立S-3700N直径300mm高度110mm直径200mm高度80mm直径150mm高度60mm直径70mm高度50mm日立S-3000N1、扫描电子显微镜SEM—钨灯丝扫描电镜现在是8页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—钨灯丝扫描电镜电子枪样品仓物镜可动光阑显示器轨迹球旋钮板现在是9页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—钨灯丝扫描电镜Cu粉X1500@15KVCu粉X20000@15KV二次电子信号形貌细节表现好，适合观察表面形貌。通常钨灯丝扫描电镜的分辨率在30KV的加速电压下二次电子信号为3nm,而背散射电子信号为4nm。现在是10页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—钨灯丝扫描电镜钨灯丝扫描电镜相比场发射扫描电镜分辨率较低，但对电子枪真空度要求不高，可以装配成超大样品仓满足特殊观察需要。现在是11页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜ZrO/W(100)

加速电源

引出电源加热电源第一阳极

第二阳极抑制屏蔽闪烁电源W(310)钨单晶发射体第一阳极

第二阳极引出电源加速电源场发射扫描电镜是采用场效应原理发射电子束，根据灯丝是否需要加热的区别，分为热场发射和冷场发射两种，它们的灯丝材质和工作原理有所不同。现在是12页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜肖特基FE冷场发射FE阴极温度1800Ｋ室温能量范围0.8eV以下0.2eV以下电子源大小15–30nm5nm以下辉度5x108A/cm2sr2x109A/cm2sr探针电流20nA以上2nA左右束流稳定性无需FLASH需要FLASH灯丝寿命1.5年左右2年以上针对高分辨观察针对分析热场发射扫描电镜的优势在于灯丝发射束流值大且束流稳定度高，更适合于金属、无机材料类等的元素和结构分析应用；而冷场发射扫描电镜的极限分辨率更高，适合于高分辨率观察，特别在非导电样品的低加速电压高分辨观察中有明显优势。现在是13页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜热场发射扫描电镜的扩展功能丰富，可以接EDX/WDX/EDSD/CL等分析附件，另外样品仓可以设置为低真空模式。现在是14页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜方位面分布（ND）ImageQulity(IQ)样品：树脂里的Cu布线加速电压：２０ｋV真空度：20Pa热场发射扫描电镜的EDSD（电子背散射衍射仪）分析结果，可以获得材料的晶粒取向信息。现在是15页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜冷场发射扫描电镜的电子束色差小，亮度高，因此能够获得更高的分辨率图像，在低加速电压条件下的分辨率优势更加明显，目前世界上商业化扫描电镜分辨率最高能达到0.4nm。样品加速电压放大倍率:白金蒸着粒子:30kV:80万倍（0.4nm）现在是16页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜高端冷场发射扫描电镜在低加速电压条件下也可以获得高分辨率图像，可以避免不耐电子束辐照的样品在观察中受到损伤，获得样品真实的表面形貌。样品：高分子膜X100K加速电压：100V加速电压：800V现在是17页\一共有30页\编辑于星期日1、扫描电子显微镜SEM—场发射扫描电镜扫描电镜使用低加速电压可以有效降低不导电样品的放电现象，使得绝大多少不导电样品无需喷金就可观察高倍图像，避免了喷金过程对样品表面细节的掩盖。样品：分子筛电压0.8KV放大倍率：130K放大倍率：300K现在是18页\一共有30页\编辑于星期日日立S-3000N的仪器外观2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理电子枪样品仓物镜可动光阑显示器轨迹球旋钮板现在是19页\一共有30页\编辑于星期日扫描电镜的通常结构示意图聚光器偏转线圈物镜样品室真空泵二次电子

检测器增幅器偏转增幅器电子束偏转线圈监视器

真空泵样品电子枪二次电子2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理现在是20页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理钨灯丝第二聚光镜第一聚光镜物镜可动光阑物镜日立S-3000N的电子枪结构现在是21页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理栅极（韦氏帽）灯丝（阴极）a2b2M2=b2/a2a1b1M1=b1/a1a3b3M3=b3/a3交叉斑(d0)阳极电子束聚光镜光阑样品1st聚光镜2nd

聚光镜物镜活动光阑物镜束斑尺寸(d)d=d0・M1・M2・M3

电子光学光路图现在是22页\一共有30页\编辑于星期日入射电子束在样品中激发出的各种信号电子散射区域二次电子(样品的表面信息)入射电子束样品特征X射线(元素信息)背散射电子(凹凸/成份信息)10nm以内

(二次电子逸出深度)荧光(化学结合状态信息)样品吸收电流俄歇电子（表层的元素信息）2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理现在是23页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理10010,0001能量(eV)(入射电子能量:10,000eV)SEBSE产额样品激发出来的电子束能量幅度现在是24页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理钨灯丝扫描电镜的成像信号通常包括二次电子信号和背散射电子信号，加配能谱仪等附件可以做元素的定性定量分析。样品：磨料中间的夹杂物X1000二次电子像背散射电子像现在是25页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理放大倍数的计算方法现在是26页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理低真空条件观察1、低真空的优势

可以直接观察非导电样品（无需喷镀等样品处理）

可以减缓少量含水、含油样品的挥发速度

可以对不导电样品不喷镀进行EDX分析2、低真空的图像类型低真空背散射电子像低真空二次电子像（选配）现在是27页\一共有30页\编辑于星期日2、日立S-3000N扫描电镜的基本原理低真空消除荷电原理样品仓气压平均自由程10-3