扫描电镜-表面分析技术.pptx

表面分析技术 Surface Analysis;概 念;显微镜的发展史;光学显微镜的分辨率是指成像物体上能分辨出来的两个物点间的最小距离。 光学显微镜的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制。小于光波波长的物体因衍射而不能成像。可见光的波长为390到770nm，因此光学显微镜的放大倍数一般为500-1000倍，分辨极限约200 nm。 在光学显微镜下无法看清小于0.2μm的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。 ;要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。 几何光学上来说，主要是通过透镜的设计，材料的应用来消除色差以及像的畸变，物理光学上来说，就是增大数值孔径，扩大入瞳口径等，来获得清晰的物象。 1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。 ;缩短波长: 短波光辐射和带电粒子 德布罗意假设: 粒子的波粒二象性 运动微观粒子的波长:?=h/mu;对电子来说: m是电子的质量, u是速度 初速度为零的电子在电位零到U内加速, 获得的速度为：当速度u远小于光速c时为: 当速度u与光速c可比时为:需要对电子质量进行相对论的修正;;电子显微镜包括：透射、扫描、发射和反射电子显微镜;电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号 ;一)、背散射电子（backscattering electron） ;二）、二次电子 （secondary electron） ;三）、吸收电子（absorption electron） ;四）、透射电子 （transmission electron） ;五）、特征X射线 （characteristic X-ray） ;六）、俄歇电子（Auger electron） ;七）、其它物理信号;1、透射电镜技术(TEM);显微镜的分辨率;采用物镜的孔径角接近90度 考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微镜系统，可得d约为200nm 对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm，d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极限分辨率，最小分辨率达到0.1nm ;有效放大倍数;由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射电子显微镜的放大倍率远大于普通光学显微镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率在2000倍左右，而透射电子显微镜的放大倍率可达百万倍。 电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千倍左右，可以达到2?的水平，使观察物质纳米级微观结构成为可能。; ;电子光学系统;透射电子显微镜样品制备;透射电子显微镜样品制备;透射电子显微镜样品制备;透射电子显微镜的主要功能;2013年10月26日11时50分;2 SEM;SEM特点 ;SEM工作原理;SEM的结构和工作原理;A）．材料表面形态（组织）观察;B）．断口形貌观察;C）．磨损表面形貌观察;D）．纳米结构材料形态观察;E）．生物样品的形貌观察;;39;40;化学位移具有如下规律： 氧化价态越高，结合能越大； 与元素所考虑原子相结合的原子，其元素电负性越高，结合能越大。;三代显微镜的比较;扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）;扫描隧道显微镜的研制是从1978年的一次谈话开始的。当时，罗赫尔（H．Roher）是IBM公司苏黎世研究实验室的科学家，宾尼格(G.Binning)还是德国法兰克福市歌德大学的研究生．罗赫尔介绍了要在苏黎世开展的表面物理研究计划以后，宾尼格提出可用隧道效应来研究表面现象．当年的年底，罗赫尔把宾尼格请到苏黎世经过3年的努力终干造出世界上第一台扫描隧道显微镜．这种显微镜使人们“看到”表面一个个原子，甚至还能分辨出约百分之一个原子的面积．它有一系列的重要应用，并由此开拓丁许多新的研究领域．因此，罗赫尔和宾尼格荣获了1986年诺贝尔物理学奖（与电子显微镜的发明者分享）。;继STM之后，1986年葛·宾尼又提出了原子力显微镜（Atomic Force Microscope,简称AFM）的设想、 1987年美国斯坦福大学物理系的奎特教授研制成功了现在广泛采用的激光偏转检测原子力显微镜. 接着横向力显微镜（Lateral Force Microscope,简称LFM）,扫描力显微镜（SFM）、弹道电子发射显微镜（BEEM）、扫描近场光学显微境（SNOM）等相继出现，这类基于探针对被测样品进行扫描成象的显微镜统称为扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope,简称SPM）。;三维成象 样品表面三维形貌结构（纳米尺度的三维测量） ;;