《焊接检验及质量评价》课件-扫描电子显微镜成像原理及构造

SEM成像原理及构造成像原理

扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为SEM(ScanningElectronMicroscope)。SEM与电子探针的功能和结构基本相同，但SEM一般不带波谱仪（WDS）。它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。所以，SEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。

成像原理1.扫描电镜的工作原理及特点扫描电镜放大成像过程与光学显微镜和透射电子显微镜不同，它是在加速电压的作用下，利用电子枪发射电子束通过会聚透镜、物镜光阑和物镜聚焦后在试样表面作光栅状扫描，形成直径约几纳米的电子束。当电子束通过扫描线圈在试样表面扫描时，另一个扫描线圈同步扫描观察图像的显示屏，通过二次电子或者背散射电子探测器收集试样每点的二次电子信号，将二次电子信号同步调制成观察图像的显示屏对应点的亮度。所以，显示屏观察的图像和试样扫描部位是逐点对应的，通过检测电子与试样相互作用产生的信号对试样表面的成分、形貌及结构等进行观察和分析。成像原理扫描电镜成像示意图构造2.扫描电镜的主要结构主要包括有电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图象显示和记录系统、电源和真空系统等。透射电镜一般是电子光学系统（照明系统）、成像放大系统、电源和真空系统三大部分组成。比较构造电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈及样品室等部件组成。由电子枪发射的高能电子束经两级电磁透镜聚焦后汇聚成一个几纳米大小的束斑，电子束在扫描线圈的作用下发生偏转并在试样表面和屏幕上做同步扫描，激发出试样表面的多种信号。为了获得较高的信号强度和扫描像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。电子光学系统构造扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上与阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号，改变入射电子束在样品表面扫描振幅，以获得所需放大倍数的扫描像。扫描系统由扫描信号发生器、放大控制器等电子学线路和相应的扫描线圈所组成。扫描系统构造信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，由于样品上各点的状态不相同，所以收到的信号也不相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映样品各点状态的扫描电子显微图像。信号收集系统构造扫描电子显微镜属于高真空系统的仪器，真空系统的作用是建立能确保电子光学系统正常工作、防止样品污染所必需的真空度。它的真空度靠真空泵来实现。扫描电镜使用的真空泵主要有机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵及离子泵等。扫描电镜需要高的真空度，高真空度能减少电子的能量损失，减少电子光路的污染并提高灯丝的寿命。根据扫描电镜类型（如钨灯丝，六硼化镧，场发射扫描电镜等）的不同，其所需的真空度不同，一般在10-3～10-8Pa。真空系统构造电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈及样品室等部件组成。由电子枪发射的高能电子束经两级电磁透镜聚焦后汇聚成一个几纳米大小的束斑，电子束在扫描线圈的作用下发生偏转并在试样表面和