扫描电镜的基本工作原理及主要图象方式教学课件

扫描电镜的基本工作原理及主要图象方式引言仪器发展简史、扫描电子显微镜成象原理三、扫描电镜的几种主要图象方式四、仪器的简单结构五、仪器的特点引言科学家需要观分析和武或亚微米范围内所发生的现象,扫用镜和电子探针是两个强有力的仪器,可用它们观察和检测非均相有机材料、无机材料及在上述微米、亚微米局部范染的表面特征。在历史上,扫描电子显微镜(SEM)和电子微探针(EPMA)被看作是各自独立的二种仪器(图1图2)虽然在外观上这是明显的,然而这两种仪器的基本原理却是书分相似的。都用一束精细聚焦的电子照射需要检测的区是需要分析的微体积,该电子束可以是静止的,或者沿样品转面以一光栅的方式扫描。其差别仅仅在于它们感3S们最感兴趣的信号是二次电子好图为束在样品表面扫描时,这些信号随装面形不同市发生变化。二次电子的发射局限于电子束击区附近的体积内,因而可获得相当高分辨率的图象。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴影起伏效果。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电反差的阴影起伏效果。其它的信号在许多情况下也同样有用。布通常称为电子探针的电子探针显微分析仪(EPMA)中最感兴趣的辐射是由于电子轰击而发射的特征X射线从特转线的分析能够得到样品中直径小到几微米区域内定性利分信息。图1JXA-50A电子探针图2JsM-840扫描电镜仪器发展值史电是用于检验和分析固体微观结构特征的最有用的之一。它所以如此有用,其主要理由是:可以获得高的象分辨率。对商品型仪器,通常的指标优于1004,最先进的仪器目前可达25A,这是采用场发射电子枪获得的重改进。场发射电子枪是具有很高的亮度和很小的电子源另个个主要特点是扫描电镜的图象反映了样品三维的形就特征,这是它具有大的焦深的直接结果。通过电子和样品的件明可以研究样品的结晶学,磁学和电学特性。街年,Von.Ardence(冯尔顿)将扫描线圈加到制成了第一台扫描透射电子显微透镜,扫描线圈就于两个数分辨在500~1000之间。第一台厚样品的用二次电子束成象的SEM是在1942年由速m等制成,当时的分辨率仅达到1pm。直到1952年CWHatley和McMullan在剑桥(Cambridge)制成了第一台现代的5EM,分辨率达到500A。McMullan和后来的smth(史密斯)指出经过信号处理,可以改善图象。Smh还第一次引了对信号的非线性放大(y-处理)。他又用电磁透镜代替了原来的静电透镜。并且以双重偏转扫描改进了原来的扫描系他还在5EM中加入了消象散器。第一台成功的商品型器是在1965年问世的,由英国剑桥科学仪器公司制成子光学公司也制成了扫描电镜在不到十年的由英国2法国,荷兰,日本和西德已经制成目前扫描电镜的发展方向是两个:大型和超小型大型:采用场发射电子枪或者LaB。电子枪,提高分辨率到25A。与电子探针的功能相结合,加上波长色散谱仪和能量色散谱仪,进行元素分析。并加上电子通道花样(ECP)和选区电子通道花样(SECP)等功能。使其性能向综合的忘向发展。超小型:由于扫描电镜制样简单,操作方便,图象更有感,层次细节更分明和丰富,清晰度高,各制造厂家后纷纷制造各种桌上型的扫描电镜(也称简易雹是体积小重量轻。像日立公司(HITACHI)的部重量170公斤,日本电子的M-T20也仅18超小型扫描电镜能以很低的代价(不超过4Q到高分辨率(150A)的清晰图象,所以陌子发展简史电探知/(EletronProbe)又名X射线微区分析仪(xX=RayMicroanalyser)。它的设计思想首先由法国的卡斯坦(Castaing)在的老师格乌尼里(Guine)指导下,在1949年于巴黎大学的毕业博士论文中提出来的。它的基本原理是用一束聚焦的具有一定能量的电子轰击样品,以激发出样品的X射线,然后根据这线的波长和强度,来鉴定样品中包含的元素种类及其含从为人们提供了关于试样化学组成的定性和定量二种信欧洲和美国的许多科工作者所录过适改装使其成为电子探针,其分辨率的精度从今的角度来看,当然是很低的,只能作一些定性的工作这神,也使急于想探索1或几u这样微小区域中的化学组成的科感到极大的兴奋,使他们更加努力去进一步改进仪器。第一台商品型电子探针由法国卡梅卡(CAMECA)公司在卡斯坦的直接指导下于1956年首制成。在这同一时期,苏联的洛夫斯基(Lopofckuji)也独立的发展探针的概念。并装置了一台结构大体类似的仪器。卡斯坦的第台探针并不具有电子束扫描的功能,其后1959年英国的卡斯列特tt)和邓克姆布(Uncut)又将其进一步改进,使其具有在试样表面的一定面积上扫描的功能电子针的间世不是偶然的,它是由于人类生产水平的不断提高