扫描电镜原理和应用

扫描电镜原理及应用SEMPrincipal&Applications目录Contents电镜发展历史/ElectronMicroscopeHistory扫描电镜基本原理/SEMPrincipal扫描电镜应用/SEMApplications电镜发展历史2020/6/10DCECConfidential3MaxKnoll(1897-1969)ErnstRuska(1906-1988)电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9nm)。可以用来观察很多在可见光下看不见的物体,例如病毒。1938年，德国工程师MaxKnoll和ErnstRuska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。电镜发展历史2020/6/10DCECConfidential4电子显微镜下的蚊子CharlesOatley1952年，英国工程师CharlesOatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。2020/6/10DCECConfidential5扫描电镜工作原理分辨率——能分辨开来的物面上的两点的距离（最小分辨距离），它是与放大倍数无关的。sin61.0ndd:分辨距离，mm；λ:入射波长，mm；n:透镜折射率；α:透镜对物点的张角的一半。α光学显微镜的局限性2020/6/10DCECConfidential6扫描电镜工作原理扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential7光学显微镜分辨率：200nm肉眼分辨率：0.1mm电子显微镜的分辨率2020/6/10DCECConfidential8根据德布罗意物质波假设，电子束具有波粒二象性：h:普朗克常数；v:电子速度；e:电子电量；E:加速电压；m:电子质量，9.1×10-28g；mvh221mveEmeEv/2sin61.0ndEd1扫描电镜工作原理扫描电镜工作原理电子束与固体样品的相互作用及产生的物理信息为了说明扫描电镜的成像机制及x射线谱仪的工作原理，就必须先讨论高能电子轰击试样时它们之间相互作用的方式以及相互作用的实质。（1）电子的弹性散射与非弹性散射入射电子轰击试样时，由于试样中原子核与核外电子间的库伦作用，入射电子的运动状态发生改变，即发生电子散射。弹性散射——只是散射角有较大的变化，而无能量损失的电子散射。非弹性散射——不但散射角度有变化，而且有能量损失的散射。2020/6/10DCECConfidential9扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential10电子束与固体样品相互作用transmissionelectronAugerelectron扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential11二次电子二次电子像电子束与固体样品相互作用扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential12背散射电子电子束与固体样品相互作用扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential13特征X射线电子束与固体样品相互作用扫描电镜工作原理2020/6/10DCECConfidential14各种信号的深度二次电子成像原理•由电子枪发射的能量为5-35keV的电子，以其交叉斑作为电子源，经聚焦缩小后形成具有一定能量、强度和直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下在试样表面做栅网式扫描。电子束与试样作用产生的二次电子的量随试样表面形貌而变，二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经处理后得到反应试样表面形貌的二次电子像2020/6/10DCECConfidential15扫描电镜工作原理背散射电子成像原理•入射电子与样品接触时，其中一部分几乎不损失能量地在样品表面被弹性散射回来，这部分电子被称为背散射电子（BackscatteredElectron）。背散射电子的产额随样品的原子序数的增大而增加，因此成像可以反映样品的元素分布，及不同相成分区域的轮廓。2020/6/10DCECConfidential16扫描电镜工作原理扫描电镜应用2020/6/10DCECConfidential17断口形貌分析纳米材料形貌分析生物样品的应用扫描电镜应用2020/6/10DCECConfidential181018号钢在不同温度下的断口形貌断口形貌分析扫描电镜应用2020/6/10DCECConfidential19多孔氧化铝模板制备的金纳米线的形貌（a）低倍像（b）高倍像材料形貌分析扫描电镜应用2020/6/10DCECConfidential20（a）蚂蚁头部（b）头发生物样品的应用END2020/6/10DCECConfidential21