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掃描電鏡成象原理及特點
一、掃描電鏡成象原理
掃描電鏡主要用二次電子觀察形貌，成像原理如圖所示。在掃描電鏡中，電子槍發(fā)射出來的電子束，經(jīng)三個電磁透鏡聚焦后，成直徑為幾個納米的電子束。末級透鏡上部的掃描線圈能使電子束在試樣表面上做光柵狀掃描。試樣在電子束作用下，激發(fā)出各種信號，信號的強度取決于試樣表面的形貌、受激區(qū)域的成分和晶體取向。設(shè)在試樣附近的探測器把激發(fā)出的電子信號接受下來，經(jīng)信號處理放大系統(tǒng)后，輸送到顯象管柵極以調(diào)制顯象管的亮度。由于顯象管中的電子束和鏡筒中的電子束是同步掃描的，顯象管上各點的亮度是由試樣上各點激發(fā)出的電子信號強度來調(diào)制的，即由試樣表面上任一點所收集來的信號強度與顯象管屏上相應(yīng)點亮度之間是一一對應(yīng)的。因此，試樣各點狀態(tài)不同，顯象管各點相應(yīng)的亮度也必不同，由此得到的象一定是試樣狀態(tài)的反映。放置在試樣斜上方的波譜儀和能譜儀是用來收集x射線，借以實現(xiàn)x射線微區(qū)成分分析的。值得強調(diào)的是，入射電子束在試樣表面上是逐點掃描的，象是逐點記錄的，因此試樣各點所激發(fā)出來的各種信號都可選錄出來，并可同時在相鄰的幾個顯象管上顯示出來，這給試樣綜合分析帶來極大的方便。
二、掃描電鏡成象襯度特點
二次電子的象襯度與試樣表面的幾何狀態(tài)有關(guān)，二次電子的探測具有無影效應(yīng)背散射電子特點背散射電子是指入射電子與試樣相互作用(彈性和非彈性散射)之后，再次逸出試樣表面的高能電子，其能量接近于入射電子能量( e。)。背散射電子的產(chǎn)額隨試樣的原子序數(shù)增大而增加，iμz2/3-3/4。所以，背散射電子信號的強度與試樣的化學組成有關(guān)，即與組成試樣的各元素平均原子序數(shù)有關(guān)。分辨率不如二次電子象，有較強的陰影效應(yīng)，圖象有浮雕感。
三、sem的主要特點
1、放大倍率高
可從幾十倍放大到幾十萬倍，連續(xù)可調(diào)。觀察樣品極為方便。
2、分辨率高
分辨率是指能分辨的兩點之間的zui小距離。sem是用電子束照射試樣，目前用w燈絲的sem，分辨率已達到3nm-6nm, 場發(fā)射源sem分辨率可達到1nm 。
儀器的分辨率指標不是日常工作能實現(xiàn)的。拍攝分辨率照片是用碳鍍金的特殊試樣，拍照時規(guī)定一些特殊條件，如放大倍率、電子束電流、加速電壓等，有時要晚上沒有任何振動和干擾情況下進行多次拍照，尋找的圖像測量分辨率。
3、景深大
景深大的圖像立體感強，對粗糙不平的斷口試樣觀察需要大景深。一般情況下，sem景深比tem大10倍，比光學顯微鏡（om）大100倍。如10000倍時,tem 的δf＝1?m，sem的δf＝10?m； 100倍時，om的δf＝10?m，sem的δf=1000?m。
4、保真度好
試樣通常不需要作任何處理即可以直接進行形貌觀察，所以不會由于制樣原因而產(chǎn)生假象。這對斷口的失效分析及貴重試樣的分析特別重要。
5、試樣制備簡單
試樣可以是自然面、斷口、塊狀、粉體、反光及透光光片，對不導(dǎo)電的試樣只需蒸鍍一層10nm左右的導(dǎo)電膜。
另外，現(xiàn)在許多sem具有圖像處理和圖像分析功能。有的sem加入附件后，能進行加熱、冷卻、拉伸及彎曲等動態(tài)過程的觀察。
掃描電鏡主要用二次電子觀察形貌，成像原理如圖所示。在掃描電鏡中，電子槍發(fā)射出來的電子束，經(jīng)三個電磁透鏡聚焦后，成直徑為幾個納米的電子束。末級透鏡上部的掃描線圈能使電子束在試樣表面上做光柵狀掃描。試樣在電子束作用下，激發(fā)出各種信號，信號的強度取決于試樣表面的形貌、受激區(qū)域的成分和晶體取向。設(shè)在試樣附近的探測器把激發(fā)出的電子信號接受下來，經(jīng)信號處理放大系統(tǒng)后，輸送到顯象管柵極以調(diào)制顯象管的亮度。由于顯象管中的電子束和鏡筒中的電子束是同步掃描的，顯象管上各點的亮度是由試樣上各點激發(fā)出的電子信號強度來調(diào)制的，即由試樣表面上任一點所收集來的信號強度與顯象管屏上相應(yīng)點亮度之間是一一對應(yīng)的。因此，試樣各點狀態(tài)不同，顯象管各點相應(yīng)的亮度也必不同，由此得到的象一定是試樣狀態(tài)的反映。放置在試樣斜上方的波譜儀和能譜儀是用來收集x射線，借以實現(xiàn)x射線微區(qū)成分分析的。值得強調(diào)的是，入射電子束在試樣表面上是逐點掃描的，象是逐點記錄的，因此試樣各點所激發(fā)出來的各種信號都可選錄出來，并可同時在相鄰的幾個顯象管上顯示出來，這給試樣綜合分析帶來極大的方便。
二、掃描電鏡成象襯度特點
二次電子的象襯度與試樣表面的幾何狀態(tài)有關(guān)，二次電子的探測具有無影效應(yīng)背散射電子特點背散射電子是指入射電子與試樣相互作用(彈性和非彈性散射)之后，再次逸出試樣表面的高能電子，其能量接近于入射電子能量( e。)。背散射電子的產(chǎn)額隨試樣的原子序數(shù)增大而增加，iμz2/3-3/4。所以，背散射電子信號的強度與試樣的化學組成有關(guān)，即與組成試樣的各元素平均原子序數(shù)有關(guān)。分辨率不如二次電子象，有較強的陰影效應(yīng)，圖象有浮雕感。
三、sem的主要特點
1、放大倍率高
可從幾十倍放大到幾十萬倍，連續(xù)可調(diào)。觀察樣品極為方便。
2、分辨率高
分辨率是指能分辨的兩點之間的zui小距離。sem是用電子束照射試樣，目前用w燈絲的sem，分辨率已達到3nm-6nm, 場發(fā)射源sem分辨率可達到1nm 。
儀器的分辨率指標不是日常工作能實現(xiàn)的。拍攝分辨率照片是用碳鍍金的特殊試樣，拍照時規(guī)定一些特殊條件，如放大倍率、電子束電流、加速電壓等，有時要晚上沒有任何振動和干擾情況下進行多次拍照，尋找的圖像測量分辨率。
3、景深大
景深大的圖像立體感強，對粗糙不平的斷口試樣觀察需要大景深。一般情況下，sem景深比tem大10倍，比光學顯微鏡（om）大100倍。如10000倍時,tem 的δf＝1?m，sem的δf＝10?m； 100倍時，om的δf＝10?m，sem的δf=1000?m。
4、保真度好
試樣通常不需要作任何處理即可以直接進行形貌觀察，所以不會由于制樣原因而產(chǎn)生假象。這對斷口的失效分析及貴重試樣的分析特別重要。
5、試樣制備簡單
試樣可以是自然面、斷口、塊狀、粉體、反光及透光光片，對不導(dǎo)電的試樣只需蒸鍍一層10nm左右的導(dǎo)電膜。
另外，現(xiàn)在許多sem具有圖像處理和圖像分析功能。有的sem加入附件后，能進行加熱、冷卻、拉伸及彎曲等動態(tài)過程的觀察。