扫描电子显微镜 SEM 和能谱分析技术 EDS PPT

扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM/EDS)美信检测扫描电子显微镜/X射线能谱仪（SEM/EDS）是依据电子与物质的相互作用。

当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。

原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。

SEM/EDS 正是根据上述不同信息产生的机理，对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息，对x射线的采集，可得到物质化学成分的信息。

电子束激发样品表面示意图应用范围：1．材料组织形貌观察，如断口显微形貌观察，镀层表面形貌观察，微米级镀层厚度测量，粉体颗粒表面观察，材料晶粒、晶界观察等。

2．微区化学成分分析，利用电子束与物质作用时产生的特征X射线，来提供样品化学组成方面的信息，可定性、半定量检测大部分元素（Be4-PU94），可进行表面污染物的分析，焊点、镀层界面组织成分分析。

根据测试目的的不同可分为点测、线扫描、面扫描；3．显微组织及超微尺寸材料分析，如钢铁材料中诸如马氏体、回火索氏体、下贝氏体等显微组织的观察分析，纳米材料的分析4．在失效分析中主要用于定位失效点，初步判断材料成分和异物分析。

主要特点：1．样品制备简单，测试周期短；2．景深大，有很强的立体感，适于观察像断口那样的粗糙表面；3．可进行材料表面组织的定性、半定量分析；4．既保证高电压下的高分辨率，也可提供低电压下高质量的图像；技术参数：分辨率：高压模式：3nm，低压模式：4nm放大倍数：5~100万倍检测元素：Be4-PU94最大样品直径：200mm图象模式：二次电子、背散射应用图片：日立3400N+IXRF。

了光子，发明扫描电子显微镜，“照”出了微观物质的相。

Q1:为什么电子束能当光源？1、仪器构造及原理扫描电子显微镜主要由电子光学系统、信号收集、检测系统、真空系统组成。

电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、物镜光阑、扫描线圈、信号探测器组成。

蔡司Gemini500选用热场发射式电子枪，一般选用钨或六硼化镧作为灯丝，一旦通电加热，无数电子从灯丝表面发射出来，热场发射式电子枪对真空要求较小，但灯丝的寿命有限，需要经常更换；电磁透镜具有汇聚电子束作用，将发射出几十微米的电流汇聚为1nm的电子束；物镜光阑主要用来控制束流，光阑孔径在操作界面可选择，从而调节景深；最后极细的电子束到达扫描线圈，扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描方向以及速度，使电子束进行栅网式扫描，最后电子束与样品表面原子发生碰撞而产生一系列的物理效应，如图3所示产生背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、X射线等，通过信号探测器对这些信息的接受、放大，获得测试样品表面形貌、组成和结构的丰富信息。

Q2:为什么不能测试强磁性的样品？磁性样品可能会改变电子束的汇聚方向而离开样品台，打在透镜上，轻则有可能影响未来设备的成像效果（电子束无法很好聚焦），重则可能打坏透镜。

Q3：扫描电镜为什么在真空环境中工作？电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，空气会使电子束变型，影响成像分辨率。

高能电子与样品作用能获得哪些物理信号？高速运动的电子束轰击样品表面，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，有一些电子被反射出样品的表面，其余的渗入样品中，逐渐失去其动能，最后被阻止，并被样品吸收。

在此过程中有99％以上的入射电子能量转变成热能，只有约1％的入射电子能量从样品中激发出各种信号。

今天我们主要来学习背散射电子、二次电子、x射线的产生机理以及应用。

这三个物理信号所产生的作用深度不同，二次电子产生在样品表面5-10nm处，背散射电子产生在样品几十到100nm处，特征X射线则产生在样品表面微米范围处。

扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能谱分析技术（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）是一种常用于材料科学和生物科学领域的先进工具，它们相互结合可以提供高分辨率的图像、元素成分分析以及相关属性的定量信息。

SEM是一种利用电子束扫描样品表面并形成二维或三维显微图像的技术。

与传统光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到微米级的细节。

SEM的工作原理是在真空或高真空环境中，通过加速电子束轰击样品表面，激发出一系列相互作用过程产生的信号。

这些信号包括次级电子（SE）和反射电子（BSE）等，它们与样品的形貌和组成有关。

SEM采用特殊的电子透镜和探测器系统，可以将这些信号转化为电子显微图像。

与SEM相结合的EDS能谱分析技术可以提供关于样品元素组成的定性和定量信息。

EDS是一种通过分析样品中X射线的能量和强度，来确定其元素成分的方法。

在SEM中，当电子束与样品相互作用时，会激发样品中的原子内层电子跃迁，产生特定能量的特征X射线。

EDS探测器可以测量这些X射线的能量，通过能量的定量分析，可以确定样品中的元素种类和相对含量。

EDS技术的定量分析需要校正和标定，校正是指校正探测器的能量响应，以准确测量X射线的能量；标定是指使用已知组成和浓度的实验样品进行这些校正和定量分析。

EDS技术对元素的检测范围和限量有一定的限制，对于轻元素的检测灵敏度较低，同时在多元素样品和复杂衬底的情况下，定量分析的精度也会受到影响。

SEM和EDS技术的结合可以提供更为全面和细致的样品分析。

SEM提供了样品的形貌和组织信息，可以观察到样品的微观结构和表面特征。

通过SEM观察到的微观特征，可以帮助解释材料的性能和行为。

而EDS的能谱分析可以提供关于样品成分的定性和定量信息，对材料的组成和标识也具有重要的作用。

扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS 扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析技术（EDS）是现代材料科学和纳米技术研究领域中常用的重要工具。

SEM通过扫描样品表面，利用高能电子束与样品表面相互作用产生的信号，从而获得样品高分辨率的图像。

而EDS则是一种能够定性和定量分析分布于材料样品中的元素种类以及其含量的分析技术。

SEM和EDS是相辅相成的技术，常常同时应用于样品的表征和分析。

SEM技术可以提供高分辨率的样品表面形貌信息。

通过SEM观察，我们可以了解材料表面的微观形貌、颗粒大小以及形态等。

SEM显微图像的分辨率通常达到纳米级别，这使得我们可以观察到许多微观细节。

此外，SEM还可以提供样品的三维形貌信息，通过倾斜样品或者旋转样品，可以获得不同角度的视图，从而形成立体效果。

通过SEM可以观察到各种不同材料的显微结构，如金属、陶瓷、聚合物等，因此被广泛应用于材料科学、能源材料、生物医学和纳米科技等领域。

然而，单纯的SEM观察只能提供样品形貌信息，并不能直接获得元素成分信息。

这时候EDS技术就派上用场了。

EDS技术利用特殊的X射线探测器，测量和分析样品表面上从中散射出的X射线，从而获得样品的化学元素成分及其含量信息。

当高能电子束作用在样品表面时，样品原子会被激发并跳跃到一个高能级，当原子从高能级退跃到低能级时会释放出能量，这个能量对应的就是一定能量的特定频率的X射线。

通过测量和分析这些特定频率的X射线，可以得到样品中各种元素的数据。

除了定性分析元素成分外，EDS还可以用于定量分析元素含量。

SEM和EDS技术的结合，可以实现样品表面形貌与元素成分的高分辨率综合分析。

通过SEM观察到的微观形貌结构可以与EDS获取的元素成分信息相印证，从而更全面地理解样品的特性。

比如，在材料科学中，研究人员可以通过SEM观察到材料的孔隙结构和相界面形貌，而通过EDS分析，可以确定材料中各个相的元素成分，进而推断材料的组成和性能。

第㆔章掃描式電子顯微鏡(SEM)、X光微區分析(EDS)、掃描探針顯微術(STM/AFM)(STM/AFM) 引言在科學的發展史㆖，顯微技術㆒直隨著㆟類科學文明不斷㆞突破，科學研究及工業技術也隨著新的顯微技術的發明，而推至更微小的世界。

近十年來，隨著電子科技的進步，微電子元件已經邁入深次微米的尺度，本章將介紹㆕種目前最為常用的微結構表面分析儀器―掃描式電子顯微鏡(SEM)、X光微區分析(EDS)、掃描探針顯微術(STM/AFM)的基本原理及應用許明祺(25%)高基迪(25%) 蔡嘉慶(25%) 林姿伶(25%)3-1. 掃描式電子顯微鏡Scanning Electron Microscope（SEM）1.前言SEM的工作原理和理論構想在1935年由德國Knoll提出，而直到1942年時第㆒部實驗用的SEM才被正式使用。

但因成像的解析度不佳，尚須改進，所以在1959年時出現解析度為10nm的SEM。

直到1965年，由英國Cambridge公司才推出第㆒部商品化的SEM，隨著SEM的改良使得解析度提高、操作自動化、電腦化以及價格的降低。

製作容易、影像解析度高、放大倍率可達104以㆖，且有景深長的特性，亦可清楚的觀察表面起伏大的物體。

因此，SEM已是功能強大、使用普及的材料分析設備。

2.原理利用電子槍產生電子束經柵極（Wehnelt cylinder）聚集而形成幾十um大小的點光源，在陽極加速電壓（0.2〜0.4kv）作用㆘，再經過包含㆔個電磁透鏡所組成的電子光學系統，使電子束聚焦成㆒細小約幾個nm的電子束照射試片表面，由於末端透鏡㆖裝有掃描線圈，其主要是用來偏折電子束，使其在試片㆖能做㆓度空間的掃描，並且此掃描器與陰極射線（CRT）㆖掃描同步，當此電子束打至試片時會激發出㆓次電子（secondary electron）和反射電子。

這些電子被偵測器偵測時，訊號經由放大器送至CRT，由於掃描線圈㆖的電流與顯像管的電流是同步的，所以，試片表面㆖任㆒點產生的訊號和顯像管相互對應，因此，試片表面的形貌、特徵等可藉由同步成像的方式而㆒㆒表現出來。