扫描电子显微镜SEM教育讲义.ppt

SEM原理及應用簡介Introduction to Principle Application of SEM SEM的主要特點 SEM的產生背景 物鏡的分辨率為: d=0.61λ/n˙sinα 電子成像的可行性 電子与固体的作用 各种信息的產生范圍 SEM提供的信息 二次電子与背散射電子的特點 SEI与BEI影像(1) SEI与BEI影像(2) SEI成像特點 BEI成像特點 SEM成像原理 EDS典型光譜 各种信息的來源 影響SEM 影像的因素 SEM工作原理 電子槍的比較 電鏡的主要像差 低真空与高真空模式 試樣處理模式 SEM應用領域(1) SEM應用領域(2) * METAL LAB. SEM METAL LAB. 分辨率高 景深較大 放大倍數高 試樣准備簡單 無線電波,紅外線,紅光 紫光,紫外線,X射線 長波 短波 METAL LAB. 電子具有波動性 電子能使底片感光 電磁場可改變電子的方向 電子束可分辨物体細節 可觀察和紀錄電子成像 可使電子束聚焦和放大 METAL LAB. 電子可激發固体多种信號 可獲取固体的多种信息 METAL LAB. 入射電子束 背向散射電子 二次電子 X-ray 試片電流 穿透電子 繞射電子 陰極發光 Auger電子 SEM TEM METAL LAB. 二次電子 背散射電子 特征X射線 韌致輻射 二次熒光 入射電流 試樣表面 X射線分辨率 METAL LAB. 元素分析 比例計數器 X射線 WDS 元素分析 Si-Li或Ge X射線 EDS 獲得原子序圖 固態 背散射電子 BEI 獲得表面形貌 E-T 二次電子 SEI 用途 檢測器 信號 影像 METAL LAB. nm級 表面形貌 一般小于50ev 入射電子激發核內電子 二次電子 數十nm 原子序對比 圖像 接近入射電子 入射電子与原子核發生彈性碰撞 背散射電子 分辨率 影像 能量 成因 种類 METAL LAB. SEI影像 BEI影像 METAL LAB. SEI影像 BEI影像 METAL LAB. * 試片傾斜則二次電子受試片的能量吸收減少 * 起飛角度大則訊號受試片的能量吸收減少 METAL LAB. 背散射電子生成系數 背散射電子生成系數 Pb Sn METAL LAB. 試樣 閃爍体 熒光 光電倍增管 放大器 CRT METAL LAB. 電子噪聲 背景強度 峰 METAL LAB. Ek(XYZ)=Ex-Ey-Ez-φ 激發電子 入射電子 1 2 X射線 3B 3A 俄歇電子 1.電离 2.馳豫及能量轉換 3.X射線或俄歇電子 METAL LAB. 電子槍: FEG(場發射電子槍), LaB6, W(鎢絲) 電磁透鏡: 透鏡完美度 設備類型: In-lens,semi in-lens, off-lens 試樣室的清洁: 粉塵，水氣，油氣…. 操作參數: 電壓,電流,調機,試片處理,真空度 環境: 振動,磁場,噪音,接地 METAL LAB. 入射電子束可停留在被觀察區域上的任何位置.X射線在直徑1微米的体積內產生,可對試樣表面元素的分布進行質和量的分析. METAL LAB. 高解析 50~100 ×10-8 RT 1year 107 5-10nm FEG(冷) 高解析時大電流 50 ×10-6 1800 300~500 3×105 10 μ m LaB6 穩定,大電流 10 ×10-5 2800 50~100 5×104 20 μ m 鎢絲 特性 發射電流(μ m) 真空度(Torr) 操作溫度(°C) 壽命(hr) 20KV亮度(A/cm2Sr) 電子源 大小 電子源 隨著電流的增大,W和LB電子槍電子束直徑直線上升,而FEG電子槍的電子束直徑則先緩慢上升,后又急劇增大. METAL LAB. 球面像差 Cs Spherical aberration 通過透鏡中心或邊緣差異 色散像差 Cc Chromatic aberration 通過透鏡電子能量差異 散 光像差 Astigmatism 通過透鏡至同直徑不同平面差異 METAL LAB. 元素分析 低能量光譜易被吸收 干擾低 真空度 差 佳 導電差的試片 不須coating 須作coating 含水試片 可保持原貌 須乾燥處理 Chamber 潔淨度 差 佳 適用試片及產業 生化試片 一般材料界 HV mode ? LV mode 影像模式 BEI SEI and BEI 解析度 較差 高 最高約20K 大於50K 工作電壓 高電壓 低電壓 倍率 METAL LAB. META