《储能材料与器件分析测试技术》课件-扫描电子显微镜设备认知

扫描电子显微镜设备认知扫描电子显微镜设备认知扫描电子显微镜是一种利用聚焦电子束在样品表面进行扫描，从而获取样品表面形貌、结构和成分等信息的高分辨率电子光学仪器。材料科学领域：用于研究材料的微观结构、表面特性及相关性能。生物学领域：观察生物组织和细胞的精细结构及生物大分子的形态。地质学领域：对岩石、矿物的微观结构和成分进行分析研究。半导体领域：检测芯片表面缺陷，分析集成电路的结构。（一）扫描电子显微镜介绍及应用扫描电子显微镜（SEM）应用扫描电子显微镜设备认知（二）扫描电子显微镜的组成电子光学系统真空系统透镜系统检测-放大系统信号处理和扫描显示系统扫描电子显微镜设备认知（三）电子光学系统决定显微镜质量：电子枪的性能对扫描电子显微镜的分辨率等质量指标起决定性作用，其产生的电子束特性直接影响成像效果。电子光学系统产生扫描电子束：由电子枪发射电子，经电磁透镜聚焦，扫描线圈控制电子束在样品表面进行光栅状扫描，形成高亮度、小束斑直径的扫描电子束，作为信号激发源。例如在观察样品表面形貌时，电子束与样品相互作用产生各种信号，为后续成像和分析提供基础。扫描电镜电子光学系统示意图扫描电子显微镜设备认知（三）电子光学系统电子光学系统发夹式钨灯丝电子枪的结构如右图所示。它是一种典型的三极电子枪，灯丝本身为阴极，并直接通过阴极电流来加热灯丝，使其发生热电子发射。为了改善灯丝发射电子的稳定性，通常采用自栅偏压方法。阴极所发射的电子被阳极的电位加速，穿过栅极孔，在电极间的电场作用下，形成一个亮度为B0，交叉点尺寸为G0的虚光源。G0的大小取决于栅极电位和阳极电位的比值。适当地调节灯丝-阳极距离和栅极-阳极距离，获得最细的电子束。发夹式钨灯丝电子枪的结构图扫描电子显微镜设备认知（四）真空系统真空系统保障电子束产生与操纵：确保电子枪和试样室处于高真空环境，使电子束能正常产生和传输，减少电子能量损失，保证电子枪灯丝寿命。若真空度下降，会导致电子束散射加大、灯丝寿命缩短等问题，严重影响成像质量。减少污染：高真空度可降低电子光路受污染的程度，防止碳氢化物等污染物加速沉积在透镜光栅和试样表面，从而确保成像的准确性和稳定性，特别是对于超轻元素的定量分析，避免因污染影响分析结果。扫描电子显微镜设备认知（五）透镜系统与检测-放大系统透镜系统检测-放大系统为了获得上述扫描电子束，其透镜系统通常是由电磁透镜、扫描线圈和消像散器等组成。采用电磁透镜的优点是：透镜可以安置在镜筒外面，可避免污染和减小真空系统的体积，而且透镜的球像差系数较小。检测-放大系统的作用是把人射电子和物质相互作用所产生的各种信息进行接收和放大，并转换为视频信号电压。在扫描电子显微镜中最普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体、光电导管和光电倍增器组成。扫描电子显微镜设备认知（六）信号处理和扫描显示系统：信号处理和扫描显示系统：信号处理和扫描显示系统信号处理和扫描显示系统如右图所示。信号处理的目的：人工控制图像的衬度以改善图像的质量。实现各种特殊图像的显示以获得更多的形态分析资料。扫描电子显微镜设备认知（七）样品的制备粉体样品制备：01直接撒粉法：粉体直接撒在试样座双面碳导电胶上，用平板压紧后吹去不牢固颗粒；大颗粒（大于5μm）可选较平的大颗粒分析。02镶嵌-研磨-抛光法（粗颗粒）：粗颗粒粉体与环氧树脂等镶嵌材料混合，经粗磨、细磨和抛光处理。03超声分散法（细颗粒及团聚体）：粉体用酒精或水在超声波机内分散，再用滴管滴于试样座，干燥后靠吸附力黏附在表面。扫描电子显微镜设备认知（七）样品的制备块状样品制备：01一般块状试样：用于测定薄膜厚度等情况时，可用环氧树脂等镶嵌后研磨抛光；大试样也可直接研磨抛光，但小试样直接加工易产生倒角影响测量，建议镶嵌后处理。02多孔或疏松块状试样（如烧结材料、腐蚀产物等）：采用真空镶嵌法，将试样用环氧树脂胶浸泡，先在500-600°C低真空容器内抽气，再于60°C恒温烘箱中烘烤4h，使试样坚固，防止脱落和污染。总结扫描电子显微镜设备认知2.1扫描电子显微镜介绍及应用2.2扫描电子显