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扫描电镜的结构及典型试样形貌观察扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是目前应用最广泛的一种表面形貌观察技术。
通过SEM，可以对各种材料的形貌进行高分辨率、高对比度的观察和分析，从而更全面地了解材料的微观结构和性质。
SEM的主要组成部分包括电子枪、电子束轨迹控制系统、光学系统、样品舞台、探测器和显示器等。
SEM的电子枪是形成电子束的核心部件。
它由一个发射体（一般是热阴极）和一个聚焦体组成，通过电子发射和电子束聚焦的机制，将电子束聚焦到非常小的尺寸，以实现高分辨率的成像。
光学系统主要包括扫描线圈和扫描电镜柱。
扫描线圈控制电子束在样品表面扫描运动，而扫描电镜柱则控制电子束的出射角度和位置，以保证电子束能够有效地扫描样品表面，并将所得到的信号转换为图像。
样品舞台是用来固定和定位样品的平台。
在样品舞台上，可以放置不同类型的试样，如金属、陶瓷、生物样品等。
通常，样品需要通过真空冷冻干燥、蒸镀金或碳等处理方式来提高电子束的穿透性和对比度。
探测器是SEM中的重要部件，用于检测从样品表面发射的信号。
常用的探测器有二次电子检测器（SE）和反射电子检测器（BSE）。
二次电子是由于电子束与样品交互作用所产生的，用于观察表面的形貌和纹理。
反射电子则是通过烧蚀物质等特殊技术，将电子束与样品发生散射后的反向电子进行探测，用于观察样品的组织结构和化学成分。
SEM对各种尺度的试样形貌观察具有广泛的应用。
下面以几种典型的试样形貌观察为例进行介绍：1.金属材料的表面形貌观察：SEM可以观察到金属表面的晶粒形貌、晶界、裂纹、孔洞等细微结构，从而分析金属材料的晶体生长、晶界迁移和应力等性质。
2.生物样品的形貌观察：通过SEM可以观察到生物样品的细胞形态、纤维结构、细菌和病毒等微观结构。
这对研究生物学、医学和食品科学等领域具有重要意义。
3.矿石和岩石的形貌观察：SEM可以观察到矿石和岩石的晶体形貌、矿物颗粒的形态和分布等特征，从而分析其成因和性质。
电子束光刻的原理电子束光刻（Electron Beam Lithography，EBL）是一种先进的微纳米制造技术，主要用于半导体器件加工和微纳米结构的制作。
其原理是利用电子束在物质表面上进行精细控制，实现微观尺度结构的制作。
电子束光刻设备主要由电子枪、透镜系统、光刻胶涂布系统、扫描器、控制系统等部分组成。
电子束光刻的原理可以分为三个步骤：电子束发射、透镜系统聚焦和电子束束控制。
首先，电子枪产生高亮度的电子束。
电子枪由阴极、阳极和加速电压构成。
当阳极施加正电压时，电子从阴极中发射出来，并通过加速电压的作用获得足够的能量。
电子束的亮度取决于阴极的发射度和电场的聚焦能力。
其次，透镜系统用于聚焦电子束。
透镜系统通常由凸透镜和电磁透镜组成。
凸透镜通过折射和/或反射来聚焦电子束。
电磁透镜则通过通过在磁场中移动电子束来控制其轨迹，并通过电磁磁场的调节来改变其焦距。
通过透镜系统，电子束可以从毫米级聚焦到亚纳米级。
最后，电子束束控制用于将电子束沿指定轨迹精确地移动。
光刻原则是将电子束迅速扫过要制造形状的区域，通过在透镜系统和扫描器之间的电场和/或磁场作用下，加以偏折，以便在光刻胶上定义所需的结构。
束流的位置和形状可以通过透镜和扫描系统的精确控制来实现。
在实际应用中，为了提高电子束光刻的分辨率和制造效率，通常采取以下几种技术：1. 控制电子束的直径和形状：通过调节电子束在物质表面上的直径和形状，可以实现更精确的结构制作。
2. 利用反射镜系统提高聚焦效果：反射镜系统可使电子束在透镜系统之前或之后进行反射，从而提高聚焦效果。
3. 采用写入策略：根据结构的复杂性和制造要求，采用不同的写入策略，如投影模式、阵列模式等。
投影模式可以提高写入速度，而阵列模式可以同时制作多个相同结构。
4. 使用负光刻胶：由于电子束光刻的成像方式是高阈值区域映射为亮区，因此使用负光刻胶可以实现更好的分辨率和对比度。
总而言之，电子束光刻通过控制电子束的发射、聚焦和束控制，实现了微观尺度结构的制造。
科技风2016年4月上浅析空间电子束焊枪电子光学系统的设计刘畅湖北工程学院湖北孝感432000摘要：在当前的社会当中，焊接技术是一项十分重要的技术，空间焊接是其中一个主要的分支。
随着科技的不断发展和进步，空间电子束焊枪在应用当中不断得到优化，特别是在电子光学系统的应用之下，其作用和性能也得到了进一步的提升。
基于此，本文对空间电子束焊枪电子光学系统的设计进行分析，以期推动该技术更高的发展与进步。
关键词：空间电子束；焊枪；电子光学系统；设计随着空间工业、宇宙科学研究、航天技术等领域的不断发展，各个国家对于空间更大规模的利用都十分重视，因而纷纷开展了在轨建造技术的开发。
而在未来的航天飞行器空间组装和维修当中，焊接是一个十分重要的过程，因此，应当针对空间环境发展适合的焊接技术。
在空间焊接当中，电子束焊接是一项较为理想的焊接技术，特别是随着电子光学系统的发展和应用，使得这一领域得到了很大的提高。
一、空间电子束焊枪电子光学系统的设计方案在电子束焊枪的应用当中，阴极对电子进行发射，在阴阳极之间，通过加速电压被加速，基于聚束极的作用，从阳极孔成束穿过。
然后在电荷的作用下发生发散，电子束由电透镜向工件上进行汇聚和撞击，从而融化金属，完成焊接工作。
在电子枪的构成结构当中，主要包括阳极以外的透镜区，其像距为a，物距为b。
另外还包括阴阳极之间的静电区。
在设计当中，主要是针对透镜部分进行设计。
在聚焦电子束的过程中，可以通过磁聚焦和静电聚焦的方式完成。
其中，由于磁聚焦装置不适用于空间焊接，因此可采用静电透镜的方式，具有质量轻、功耗低等优势。
在采用的单透镜聚焦当中，单透镜电子枪具有很多方面的优点，例如结构可以封闭，能够有效屏蔽杂散场，可用低聚焦电压，电压稳定性要求不高，会聚角小，因此束界面小，以及电流散焦小等。
二、单透镜聚焦的基本原理在单透镜当中，一般包含三个电极，其中，两个外电极具有相同的电压，因此，在透镜两边是等位区，而中间电极与外电极点位不同，应用较多。
电子束焊接机的设备结构和工作原理分析电子束焊接机是一种高精度焊接设备，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业和船舶建造等领域。
它采用电子束作为焊接能源，通过高速电子的聚集、加热和熔化金属，实现工件的精确焊接。
本文将详细分析电子束焊接机的设备结构和工作原理。
一、设备结构：1. 电子束发生器：电子束发生器是电子束焊接机的核心部件，负责产生高能电子束。
通常由电子枪、电子源和加速管组成。
电子枪通过准直系统控制电子束的直径和方向，电子源提供高电压和电流，加速管将电子束加速到所需速度。
2. 工件和夹具：工件是需要焊接的零部件，夹具用于固定和定位工件。
在电子束焊接过程中，工件必须精确定位和稳定固定，以确保焊接质量。
3. 触发和控制系统：触发和控制系统用于控制电子束焊接机的动作和参数。
包括焊缝形状、焊接速度、焊接时间和电子束功率等参数的设定和调整。
4. 抽真空系统：由于电子束是在真空环境中产生和传输的，所以抽真空系统是电子束焊接机的重要组成部分。
它能够将焊接室中的气体和杂质抽出，保证焊接过程的稳定性和质量。
5. 辅助设备：电子束焊接机通常还配备了一些辅助设备，如冷却系统、传感器和数据采集系统。
冷却系统用于保持电子束发生器和焊接室的温度稳定；传感器用于监测焊接过程中的温度、电流和电压等参数；数据采集系统用于记录和分析焊接过程的数据，以便进行质量控制和优化。
二、工作原理：电子束焊接机的工作原理基于电热效应和材料熔融。
在焊接过程中，电子束的高能量会使工件表面的金属迅速加热，从而达到熔化的温度。
熔化的金属会迅速流动并填充焊缝，形成一个均匀的焊接接头。
1. 电子束的生成：电子束通过电子发生器产生。
首先，电子源提供高电压和电流，然后通过电子枪产生的电场加速和聚焦电子。
电子束经过准直系统控制直径和方向，将高速电子束聚焦到焊接区域。
2. 焊接过程：在焊接过程中，电子束与工件表面相互作用。
电子束的高能量会将金属表面迅速加热至熔点以上，使其熔化。
"EDS"通常指的是能量色散X射线光谱分析（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy），这是一种用于材料分析的技术，通常在扫描电子显微镜（SEM）中使用。
EDS能够提供样品表面或内部元素的化学成分信息，因为不同的元素在受到高能电子束轰击时会发出特征的能量色散X射线。
EDS分析的主要步骤包括：
1. 样品准备：将样品放置在SEM的样品台上，并调整样品的位置，使其在电子束的轰击下可以发出X射线。
2. 电子束轰击：SEM的电子枪发射高能电子束，照射到样品表面。
3. X射线产生：样品中的元素受到电子束的轰击后，会失去电子并发射出特征的能量色散X射线。
4. X射线检测：这些X射线被探测器检测到，并转换为电信号。
5. 数据处理：电信号经过放大和处理后，被转换为谱图，谱图显示了不同元素的特征X射线强度。
6. 谱图分析：通过对照已知元素的X射线谱图，可以确定样品中的元素成分和含量。
EDS分析可以提供有关样品表面化学成分的详细信息，这对于材料科学、地质学、生物医学和其他领域的研究和质量控制非常重要。
然而，EDS分析通常需要专业的设备和培训，以确保准确解释谱图数据。
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，用于观察和研究微观世界中的样品。
它通过利用电子束与样品的相互作用，获取样品表面的形貌和成分信息。
本文将详细介绍扫描电镜的基本结构和工作原理。
一、基本结构扫描电镜主要由以下几个部分组成：1. 电子枪（Electron Gun）：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，它产生高能电子束。
电子束的形成是通过热发射或场发射的方式，通过加热或加电场使金属阴极发射电子。
2. 准直系统（Condenser System）：准直系统用于聚焦和准直电子束。
它由准直透镜和聚焦透镜组成，能够将电子束聚焦成细小的束斑并准直。
3. 样品台（Sample Stage）：样品台是放置待观察样品的平台。
它通常具有微动装置，可以在水平和垂直方向上移动样品，以便于观察不同区域。
4. 扫描线圈（Scan Coils）：扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描。
通过调节扫描线圈的电流，可以控制电子束的位置和扫描速度。
5. 检测器（Detector）：检测器用于接收样品表面反射、散射或发射的信号。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
6. 显示器和计算机系统：显示器用于显示扫描电镜获取的图像，计算机系统用于图像的处理和分析。
二、工作原理扫描电镜的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 电子束的产生：电子束由电子枪产生，通过加热或加电场的方式使金属阴极发射电子。
电子枪通常采用热阴极或场发射阴极。
2. 电子束的准直和聚焦：电子束经过准直系统的聚焦透镜和准直透镜，被聚焦成细小的束斑并准直。
3. 电子束与样品的相互作用：准直后的电子束通过扫描线圈控制在样品表面的扫描。
当电子束与样品相互作用时，会发生多种相互作用，包括二次电子发射、反射电子、散射电子等。
4. 信号的检测：样品表面反射、散射或发射的信号被检测器接收。
透射电镜tem的主要组成部分TEM主要包括三个组成部分，分别是电子光学、电源与控制、真空系统三个组成部。
TEM的总体工作原理是:电子束由电子枪发射出来，在真空通道中穿越聚光镜，通过聚光镜将电子束会聚成一束光斑，照射在样品上，电子束透过样品后便携带有样品内部的结构信息，由于电子束的穿透力很弱，因此样品内致密处透过的电子量少，而稀疏处透过的电子量多，电子束透过样品后就进入到成像系统，首先经过物镜，被初级放大，而后进入到中间镜，综合放大，最后投影镜将放大的电子像投射到观察记录系统中的荧光屏上，并转换成可以观察的可见光像，由照相系统存成图片的形式。
下面将简单介绍下各个组成部分的结构以及原理。
一、照明系统照明系统有两个主要部件:1、电子枪:发射高能电子束，提供光源。
电子枪由阴极、阳极及位于阴极和阳极间的栅极组成，阴极是产生自由电子的源头，一旦阴极受热，就会产生自由电子，下面的阳极与阴极形成电场，阳极能够吸引阴极发射出的自由电子，并改变其运动状态，使之从杂乱无章改变到有序定向，而阴极下的栅极，在受到偏压作用后，会对电子束产生汇聚作用，即向中心轴聚集，这样就使运动在轴心的电子束能够穿过阳极中心，射出电子枪，进而形成了照射样品所需的光源。
同时，栅极还具有调节改变自由电子发射量的作用。
电子枪的工作原理如下:接通电源后，就会产生一定的电流，电流首先通过阴极，致使灯丝发热程度超过25000C，这时阴极产生的自由电子就会从灯丝表面逸出。
接通电源同时会产生加速电压，阳极表面产生的正电荷形成了正电场，阴极表面的自由电子在受到电场的作用后就会逸出，从电子枪射出形成电源。
通过改变灯丝电源能够使灯丝运行时处于欠饱和状态，如果想要改变亮度，就要改变电子束流量，而电子束流量的改变可以通过改变栅极变压来获得。
电镜工作时分辨率也是可以调节的，要想增大分辨率，也就是增强电子的穿透力，这时只要增加加速电压即可获得穿透力的增强，因为电压的加速会缩小波长，波长越小穿透力越强，虽然这样做可以增大分辨率，但也同样带来了相应的弊端，即成像反差的降低。
失效分析常用工具介绍1.透射电镜（TEM）TEM一般被使用来分析样品形貌（morhology），金相结构（crystallographic structure）和样品成分分析。
TEM比SEM系统能提供更高的空间分辨率，能达到纳米级的分辨率，通常使用能量为60-350keV的电子束。
与TEM需要激发二次电子或者从样品表面发射的电子束不同，TEM收集那些穿透样品的电子。
与SEM一样，TEM使用一个电子枪来产生一次电子束，通过透镜和光圈聚焦之后变为更细小的电子束。
然后用这种电子束轰击样品，有一部分电子能穿透样品表面，并被位于样品之下的探测器收集起来形成影像。
对于晶体材料，样品会引起入射电子束的衍射，会产生局部diffraction intensity variations，并能够在影像上非常清晰的显现出来。
对于无定形材料，电子在穿透这些物理和化学性质都不同的材料时，所发生的电子散射情况是不相同的，这就能形成一定的对比在影像观察到。
对于TEM分析来说最为关键的一步就是制样。
样品制作的好坏直接关系到TEM 能否有效的进行观察和分析，因此，在制样方面多加努力对于分析者来说也是相当必要的工作。
2.扫描声学显微镜集成电路封装的可靠性在许多方面要取决于它们的机械完整性.由于不良键合、孔隙、微裂痕或层间剥离而造成的结构缺陷可能不会给电性能特性带来明显的影响,但却可能造成早期失效.C模式扫描声学显微镜(C—SAM)是进行IC 封装非破坏性失效分析的极佳工具,可为关键的封装缺陷提供一个快速、全面的成象.并能确定这些缺陷在封装内的三维方位.这一C—SAM系统已经在美国马里兰州大学用于气密性(陶瓷)及非气密性(塑料)IC封装的可靠性试验。
它在塑料封装常见的生产缺陷如:封装龟裂、叶片移位、外来杂质、多孔性、钝化层龟裂、层间剥离、切断和断裂等方面表现出3.俄歇电子（Auger Analysis ）是一种针对样品表面进行分析的失效分析技术。
大功率电子枪技术介绍随着科学技术的迅速发展，对高纯金属及合金的需要量越来越多，常规的冶炼方法已很难满足要求，而真空电子束熔炼是一种有效提纯方法，特别是对于在冶炼温度下具有较低蒸汽压的金属和合金更为有效。
大功率电子枪技术可对如Ta、Nb、Mo、Ti、Cr、Cu等金属进行净化，及提精。
作为超导线的基体材料所采用的高纯铜，必须具有很高的纯度（99.99%以上），而且要求结构致密，无气孔等缺陷。
完全依靠电子枪技术。
工作原理：电子束熔炼是一种特殊的真空冶金设备。
利用炉中的电子枪可将几十至数百kW的高能电子束聚焦在1cm2左右的焦点上，产生3500°C以上的高温。
当高能电子束聚焦在欲熔炼的钨、钼、钽、铌、锆等难熔金属原料上时，就能够将这些金属熔化，达到熔炼或提纯的目的。
由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。
在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质大量蒸发。
从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。
电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。
电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。
电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。
其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。
在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。
在加速电压（大于20kV）的作用下，热电子向阳极（零电位）加速运动。
由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。
在原料和熔池表面产生3000°C以上的温度，原料的表面被加热、熔化、滴入熔池中。
熔池就是锭上端的熔化部分，其周围是水冷铜坩埚（结晶器）。
由于电子束的加热作用，熔池保持不断地上下、内外对流。
随着熔化的原料不断滴入，熔池表面不断上升，拖锭装置又将锭不断向下拉动，使熔池表面保持一定高度。
EB炉电子束枪的电气控制设备及原理作者：王志中来源：《硅谷》2014年第08期摘要介绍EB炉钛锭生产配套的电子束枪的电气参数、电气控制设备系统和电子束枪的基本控制原理。
关键词电子束熔炼炉；电子束枪；原理中图分类号：TF806 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0056-02自2010年10月武钢集团昆明钢铁总公司在云南省禄丰县土官镇工业园区建成一座年产4410吨/年规模的钛冶炼及钛合金钛锭生产的EB（Electron Beam）熔炼炉，主体工艺设备是引进美国RETECH公司真空冶炼炉。
EB熔炼炉的电子束熔炼过程：EB炉熔炼室端盖上安装的4台电子束枪在高真空的冶炼环境中发的出高速和高频的电子束流在聚焦线圈和偏转线圈的作用下将电子束流准确地轰击到结晶器内的海绵钛原料块及合金物料上，将电子束流的电子动量转化为金属加热的热能。
海绵钛经过高温加热熔化形成钛金属熔液，钛熔液经过坩埚的精炼池进行电子束精炼后流入钛锭结晶器，形成钛锭基座。
钛锭在拉锭杆的牵引作用下形成完整的钛锭，当锭长达到8.1 m的定尺长度时，整个熔炼工序会停止，冶炼工艺控制将进入钛锭冷却和出锭操作。
在熔炼海绵钛及合金原料的工艺过程中，电子束的输出能量控制和角度控制设备是电子束枪电气控制的核心。
1 电子束枪本体的设备组成及功能参数单台电子束枪一般由以下几部分组成。
1）阴极、阳极装置：阴极装置由一个旋转对称的三电极系统组成。
该系统能够发射电子束，并带有一个电子聚集电极。
其设备构成包括：实心阴极（用于间接加热）、聚焦电极和阳极。
图1中钨丝安装在固体阴极后主要用于加热阴极，阴极加热后产生热电子逸出，电子在强电磁场作用下汇聚并加速运动到阳极。
图1 电子束枪工作原理示意图2）透镜和聚焦线圈。
两个透镜装置可将电子束聚焦形成电子束流，阴极腔体和中间腔体（阴极和阳极间）有效隔离真空压力，将电子束聚焦，最大程度降低能量损失。
3）电子束偏转系统。
