扫描电子显微镜 (2).ppt

电子光学系统第三透镜下方放置有样品，为避免磁场对二次电子运动轨迹的干扰，透镜采用上下极靴不同且孔径不对称的特殊结构，下极靴孔径减小可以降低样品表面的磁场强度，也称为物镜。第23页，共72页，星期日，2025年，2月5日电子光学系统⑶扫描线圈——其作用是提供入射电子束在样品表面以及阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步扫描信号。扫描线圈一般放置在最后两个透镜之间，也有放置在末级透镜的空间内，使电子束在进入末级透镜强磁场之前就发生偏转。SEM采用双偏转线圈以保证方向一致的电子束都能通过透镜中心射到样品表面上，当电子束进入上偏转线圈（x方向—行扫）时发生第一次折射，然后在进入下偏转线圈（y方向—帧扫）发生第二次折射。第24页，共72页，星期日，2025年，2月5日电子光学系统在电子束偏转同时进行逐行扫描，电子束在偏转线圈的作用下扫描出一个长方形，相应地在样品上画出一帧比例图像。如果扫描电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向，而直接由末级透镜折射到入射点位置，称为角光栅式扫描或摇摆扫描。第25页，共72页，星期日，2025年，2月5日电子光学系统扫描线圈工作原理示意图第26页，共72页，星期日，2025年，2月5日电子光学系统4）样品室可放置φ20×10mm块状样品，近年来还开发了可放置φ125mm以上的大样品台。样品台可进行x、y、z三个方向的平移和在水平面内旋转或沿水平轴倾斜。样品室还安置各种信号 检测器，信号收集率与 检测器安放的位置有关。 若安置不当可导致收集 不到信号或信号很弱， 从而影响分析精度。第27页，共72页，星期日，2025年，2月5日信号收集和显示系统2、信号收集和显示系统——包括各种信号检测器、前置放大器和显示器。用以检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，再经视频放大后作为显像系统的调制信号，在荧光屏上得到反映样品 表面特征的扫描 放大像。不同检测器探头安放 的位置不同。EDS探头二次（背散射）探头第28页，共72页，星期日，2025年，2月5日信号收集和显示系统由于镜筒中的电子束和显像管电子束是同步扫描，荧光屏亮度是根据样品上被激发的信号强度来调制的，而信号强度又随样品表面形貌特征的不同而变化，从而信号检测器系统输出的反映样品表面形貌状态的调制信号在图像显示和记录系统中转换为一幅与样品表面特征一致的放大像。第29页，共72页，星期日，2025年，2月5日真空系统和电源系统3、真空系统和电源系统真空系统——为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染提供高真空度。一般，要求保持10－2～10－3Pa。电源系统——由稳压、稳流及相应安全保护电路组成，提供扫描电镜各部分所需电源。第30页，共72页，星期日，2025年，2月5日beame-PPDetectorAmplifier10cmc-lengthofCRTscanx-lengthofe-beamscanSEM工作原理——逐点成像第31页，共72页，星期日，2025年，2月5日SEM主要性能8.2.3SEM主要性能⒈放大倍数若电子束在样品表面扫描振幅为As，在荧光屏上阴极射线管同步扫描幅度为Ac，则SEM放大倍数为由于SEM荧光屏尺寸固定不变，因此放大倍数的改变是通过改变电子束在样品表面的扫描振幅实现。通常，Ac＝100mm，若As＝5mm，则M＝20； 若减小扫描线圈电流使As=0.05mm，则M=2000目前SEM放大倍数可以从20倍连续调节到20万倍。第32页，共72页，星期日，2025年，2月5日放大倍数beame-PDetectorAmplifier10cmM=AC/ASASACP第33页，共72页，星期日，2025年，2月5日放大倍数球形石墨颗粒的SEM像第34页，共72页，星期日，2025年，2月5日分辨率⒉分辨率对微区成分分析而言，分辨率指能分析的最小区域；对成像而言，指能分辨的两点之间的最小距离。⑴影响因素①束斑直径束斑直径越小，可能的分辨率越高，但分辨率不直接等于入射电子束直径。第35页，共72页，星期日，2025年，2月5日分辨率②调制成像信号——不同信号源自作用体积内不同区域，成像单元的体积大小不同，分辨率各不相同a、俄歇电子和二次电子——来源于样品浅表层（俄歇电子:0.5~2nm，二次电子：5~10nm），入射电子束尚未发生明显横向扩展，可以认为俄歇电子和二次电子主要来源于直径与束斑直径相当的圆柱体内。由于束斑直径就是一个成像检测单元，因此，这种信号的分辨率相当于束斑直径。通常，SEM分辨率即指二次电子分辨率，约5~