SU8200场发射扫描电镜技术说明文件

第十三章扫描电子显微镜一、扫描电镜的特点和工作原理自从1965年第一台商用扫描电镜问世后，它得到了迅速发展。

其原因在于扫描电镜弥补了透射电镜的缺点，是一种比较理想的表面分析工具。

透射电镜目前达到的性能虽然很高，如分辨本领优于0.2～0.3nm，放大倍数几十万倍，除放大成像外还能进行结构分析等，但其有一个最大的缺点就是对样品要求很高，制备起来非常麻烦。

而且，样品被支撑它的铜网蔽住一部分，不能进行样品欲测区域的连续观察。

扫描电镜则不然，,已可直接观察大块试样，样品制备非常方便。

加之扫描电镜的景深大、放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高等特点，所以它成为固体材料样品表面分析的有效工具，尤其适合于观察比较粗糙的表面如材料断口和显微组织三维形态。

扫描电镜不仅能做表面形貌分析，而且能配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等。

扫描电镜的成像原理，和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。

图1是扫描电镜工作原理示意图。

由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2～3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。

这些物理信号的强度随样品表面特征而变。

它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。

由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。

因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。

这样，在长余辉荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面一一某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。

画面上亮度的疏密程度表不该信息的强弱分布。

图1 扫描电镜工作原理二、电子束与固体样品作用时产生的信号：扫描电镜成像所用地物理信号是电子束轰击固体样品而激发产生的。

（1）检查光阑对中。在更换试样、调整加速电压和探测器类型时需检查光阑是否对中。具体操作方法是打开 调焦摇摆功能，查看高倍数下电子图像是否上下左右摆动，若摆动则调节光阑对中按钮，直至图像仅出现上下摆 动。
（2）检查像散情况。像散是电子光学系统中所形成的磁场或静电场不能满足轴对称要求时产生的。图像聚焦 和消像散是图片质量的重要保证。若反复聚焦后图像仍不清晰，在欠焦和过焦时垂直方向上出现模糊并拉长的现 象，则说明有像散存在，需要调节像散。正常情况下也会出现像散，可通过观察状态栏中的像散值查看是否处于 正常状态。若X或Y轴的像散值小于30%，则说明像散处于正常状态；若像散值大于30%，则说明像散处于非正常状 态。产生像散的原因是多方面的，如透镜材料不均匀、极靴孔之间对中不好以及加工精度影响等，而电镜在使用 过程中电子通道周围部分被污染而带电是产生像散的主要原因。以ULTRA PLUS扫描电子显微镜为例，其电子通 道的污染会形成一个局部的静电场，干扰电子束的正常聚焦。虽然电镜中设置八极电磁式消像散器，可产生一个 弱的校正磁场，但其作用是有限的。若电子通道污染，则需清洗光阑和其他电子束通道部位来消除像散。
总结
场发射扫描电子显微镜的日常维护中，操作人员应定期检查仪器设备的环境条件、光学系统、真空系统及附 件设施，确保仪器在最佳工作状态下使用。试样的前处理好坏对场发射扫描电子显微镜的维护保养也有一定的影 响，要保持试样清洁、干燥和具有良好的导电性、导热性，从加速电压、焦距、探测器模式等多方面正确处理特 性各异的试样。操作时，应注意观察电镜状态，洞察非常态现象，将故障防患于未然；出现故障时要冷静分析， 从报错、操作状态着手，首先排除软件故障，再分析硬件故障，必要时及时与厂商专业维修人员沟通。总之，细 心的日常维护和及时的故障排除能有效降低电镜使用成本，延长使用寿命 。

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扫描电镜的主要性能
放大倍数 分辨率 景深
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扫描电镜的主要性能
放大倍数
M=AC/AS
式中AC是荧光屏上图像的边长， AS是电子束在样品 上的扫描振幅。
目前大多数商品扫描电镜放大倍数为20-20000倍，介 于光学显微镜和透射电镜之间。
分辨率
对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对 成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
扫描电镜显微分析简介
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扫描电子显微镜
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扫描电子显微镜
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扫描电镜显微分析简介
概况 扫描电镜的优点 扫描电镜成像的物理信号 扫描电镜的工作原理 扫描电镜的构造 扫描电镜的主要性能 显微镜简称扫描电镜，英文缩 写：SEM。为适应不同要求，在扫描电镜 上安装上多种专用附件，实现一机多用， 使扫描电镜成为同时具有透射电子显微镜 （TEM）、电子探针X射线显微分析仪 （EPMA）、电子衍射仪（ED）等多种功 能的一种直观、快速、综合的表面分析仪 器。
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扫描电镜的工作原理
扫描电镜成像与电视显象相似。扫描电镜图像按一定时间 空间顺序逐点扫描形成，并在镜体外显像管荧光屏幕上显 示出来。
由电子枪发射的能量达30keV的电子束，经会聚透镜和物 镜缩小聚焦，在试样表面形成具有一定能量、一定强度、 极小的点状电子束。在扫描线圈磁场作用下，电子束在试 样表面上按一定的时间、空间顺序作光栅式逐点扫描。
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扫 描 电 镜 成
像
示
意
图
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扫描电镜的工作原理

场发射扫描电子显微镜一、场发射扫描电子显微镜大体原理被加速的高能电子束照射到样品上(在高真空状态下)，入射电子束与样品彼此作用，产生各类信号，通过不同的探测器检测各类不同的信号, 即能够取得有关样品的各类信息。

例如, 最多见的二次电子信息, 就能够直接取得样品表面的图像信息。

场发射扫描电子显微镜(与一般扫描电镜不同的是采纳高亮度场发射电子枪, 从而取得高分辨率的高质量二次电子图象)能够观看和检测非均相有机材料、无机材料及微米、纳米材料样品的表面特点。

是纳米材料粒径测试和形貌观看有效仪器。

可普遍用于生物学、医学、金属材料、高分子材料、化工原料、地质矿物、商品检测、产品生产质量操纵、宝石鉴定、考古和文物鉴定及公安刑侦物分析等。

1. 光学显微镜与扫描电子显微镜光学显微镜是用可见光照射在样品表面，反射光通过一系列玻璃透镜放大后而呈现出样品的放大图象，由于波长和光干与限制, 极限只能观看到小至m左右的颗粒。

与光学显微镜不同，场发射扫描电子显微镜(电子束波长极短)是用电子束在样品表面扫描，电子束轰击样品表面，释放出二次电子和反射电子等，通过二次电子探测器检测二次电子信号, 按相同扫描规律, 在荧光屏上成像。

由于二次电子信号与样品的原子系数大小和入射角有关, 而入射角因样品表面粗糙度(形貌)而转变, 故可直接取得高质量的样品表面形貌图象。

而扫描图象景深大, 取得的二次电子图象有“三维空间成效”(立体感相当好)。

目前, 高分辨率场发射扫描电子显微镜能观看到小至1nm (对一般样品一样只能观看几纳米以上的样品)左右的颗粒。

2. 电子束与样品的彼此作用入射电子照射到样品上，其中一部份几乎不损失其能量地在样品表面被弹性散射回来，把这一部份电子称为背散射电子(BE)；若是样品超级薄，那么入射电子的一部份会穿过样品，将这一部份电子称为透射电子(TE)；其余电子的全数能量都在样品内消耗掉而为样品所吸收，即为吸收电子(AE)；另外，入射电子会将样品表面(大约10nm)层的电子打出样品表面，发射出能量极小(<50eV)的二次电子(SE)，其中也包括由于俄歇(Auger)效应而产生的具有特点能量的俄歇电子。

侧重点
冷场发射 JSM-7500F 1.0nm(15kV)
1.5nm(1kV)
~2nA 5%/12h需要Flash
300K
10-8Pa
0.3-0.5eV 保证1年
~US$1,500 有限 EDS
高分辨图像观察
热场发射 JSM-7100F 1.2nm(15kV)
3.0nm(1kV)
200n A
1%/24h; 0.2%/h;
Deceleration electrode Electrode
Upper detector
Electrode Acceleration electrode
Objective lens
Specimen
第28页，共45页。
r能量过滤—成像模式及信息
r能量过滤
过滤模式
探测电子
探测信息
标准Sb 二次电子（SE） 表面形貌
欢迎光临网站
http://www.jeol.co.jp
第7页，共45页。
JEOL扫描电镜的发展历史
JEOL has been the leader in SEM technology development for almost 50 years.
Secondary electron image with Sb Mode
Backscattered electron image
Gold Labeled Cells
Specimen courtesy of
Dr. Hyatt, CSIRO, Australia
第31页，共45页。
r能量过滤—成像模式及信息
第8页，共45页。
JEOL扫描电镜 序列
钨灯丝 JSM-IT300 JSM-6510

场发射扫描电子显微镜系统技术参数一、货物名称及数量：场发射扫描电子显微镜系统一台二、主要技术规格及要求2.1 基本要求2.1.1发射源：热场发射电子枪*2.1.2物镜系统：电磁/静电式物镜系统，电子束无交叉光路设计*2.1.3分辨率：0.8 nm @ 15kV1.6 nm @ 1kV*2.1.4加速电压范围：20V－30kV，连续可调*2.1.5放大倍数范围：12X－1,000,000X，连续可调2.1.6探针电流：范围 4pA-20nA，连续可调稳定度优于 0.2 %/h2.1.7减震方式：自动水平系统2.2 真空系统2.2.1样品室极限真空度：≤2×10-4 Pa2.2.2换样抽真空时间：小于3 min。

2.3 样品室及样品台*2.3.1样品室尺寸（不小于）：内部直径520mm，高度300mm2.3.2 集成8英寸样品交换室*2.3.3 配备四个探测器：环形高效完全内置式In-lens二次电子探测器样品室内ET SE二次电子探测器4QBSD AsB背散射电子探测器样品室内红外CCD摄像机*2.3.4 样品台：类型 6轴全自动马达驱动超优中心样品台安装抽屉式控制双操纵杆控制盒*2.3.5 样品台马达移动范围（不小于）： 152mm（X方向），152mm（Y方向），43mm（Z方向），10mm（Z’方向），-15 - 60°（倾斜），360°（旋转）2.3.6 能谱仪工作条件：工作距离8.5 mm，X射线出射角35°*2.3.7 物镜光栏：数量不少于 6孔更换与对中方式电磁式2.4 图像处理系统2.4.1配套计算机系统（不低于）：CPU Intel Pentium 2 Quad;2.33 GHz Quad Core，RAM 4 Gb，硬盘 1TB，光盘刻录机，19″TFT显示屏，键盘，鼠标，USB接口。

2.4.2显示图像分辨率：不小于 1024×768像素2.4.3最大存储图像分辨率：不小于3072×2304像素2.4.4存储图象格式：TIFF、BMP与JPEG2.4.5降噪方式：像素平均、帧/行平均、帧/行叠加2.5 控制系统2.5.1操作系统Windows XP，电镜操作控制软件。

场发射扫描电镜技术参数一、系统基本信息：1.1系统名称：场发射扫描电镜。

1.2系统数量：1套。

1.3系统组成：主机，Schottky型场发射电子源，无交叉光路Gemini镜筒,圆形一体化样品室，5轴全自动马达驱动样品台，环形Inlens二次电子探测器，样品室二次电子探测器，背散射电子探测器，CCD摄像机，计算机系统，操作软件，真空系统，循环水冷却系统、空气压缩机、能谱仪，原装进口离子溅射仪，备用热场发射灯丝1根，导电胶带2卷。

二、用途：该设备主要用于金属材料、非金属材料、纳米材料的检测，可以对样品进行直接的超高分辨微观形貌观察和微区元素分析。

三、技术要求：1工作条件：1.1电源电压：220V±10V,单相50Hz，工作温度：18°C-25°C，磁场：≤3mGauss，湿度：≤60%RH，接地：独立的接地线。

1.2仪器运行的持久性：长时间连续工作。

2性能指标：★2.1分辨率：0.8nm@15kV 1.6nm@1kV★2.2加速电压：0.02-30kV★2.3加速电压调整步长：每档10V连续可调2.4探针电流：12pA-20nA2.5稳定性：优于0.2%/h2.6放大倍数范围： 10-1,000,000×3电子光学系统：3.1电子发射源：Schottky型场发射（热场发射）电子源。

★3.2 Gemini镜筒：无交叉光路设计，电子束仅在样品表面进行一次汇聚，彻底消除电子束交叉三次发生能量扩散大的问题。

★3.3电子束加速器：无需切换模式即可实现低电压模式下电子束在镜筒内维持较高能量到达样品表面，可低至20V。

能适应的表面凹凸不平样品不导电样品、成分复杂样品、需要倾斜观测的样品。

★3.4透镜系统：电磁透镜/静电透镜式复合物镜。

在任何电压条件下样品表面不形成磁场，在极短工作距离下对磁性样品的高分辨成像。

3.5聚焦：工作距离：范围可由1mm至50mm。

具有灵敏度与放大倍数相关的粗调和细调。

SU8200场发射扫描电镜技术说明文件一、二次电子分辨率：0.8 nm (加速电压 15 kV，工作距离4 mm)1.1 nm (着陆电压 1 kV，工作距离1.5 mm)(减速模式)以上分辨率的测试都是基于日立电镜的分辨率测试标样（蒸金磁带样品，蒸金碳样品）二、放大倍率：低倍模式：⨯20 到⨯2k高倍模式：⨯100 到⨯1000k三、电子光学：1.电子枪：冷场发射电子枪（带有柔性flash功能）2.加速电压: 0.5 到 30 kV着陆电压: 0.01到 2 kV3.透镜系统三级电磁透镜系统4.物镜光阑四孔可调光阑(置加热自清洁功能)5.扫描线圈二级电磁式偏转线圈（高倍模式）一级电磁式偏转线圈（低倍模式）6.消像散器八级电磁系统（X，Y）7.探测器：低位（Lower）、高位（Upper）、和顶位（Top）三种探测器进行二次电子/背散射电子的接收能谱系统 (选配)8.束闸电磁型9.电位移：±12 μm (工作距离8 mm)注意：工作距离改变时，电位移围会改变四、样品室和样品台：1.样品台控制：五轴马达台2.可移动围和样品尺寸：3.可安装样品高度4.换样预抽室5.样品台控制：图形界面控制自动样品更换位置定位功能样品台移动轨迹存储功能优中心旋转功能图片导航功能五、显示系统1.用户界面电脑显示器上的图形用户界面2.电脑操作系统：微软Windows 7 专业版（32位）操作台：鼠标、键盘、旋钮板、样品台控制方法（标配轨迹球，或选配操纵杆）3.显示器24.1寸液晶显示器或同等配置的显示器（屏幕：1,920×1,200像素）4.扫描模式：二维图像显示选区模式点分析模式平均浓度分析模式图像显示模式大屏显示模式 (1280 ⨯ 960)单屏显示模式 (800 ⨯ 600)双屏同时显示模式 (800 ⨯ 600)四屏同时显示模式 (640 ⨯ 480)选区显示模式（图像调整时使用）5.电子光学对中：电子束对中光阑对中像散对中低倍对中6.扫描模式积分扫描快扫慢扫缩小区域扫高清捕图积分捕图荷电抑制扫描(CS扫描)7.扫描速度TV：两级扫描速度（Rapid1～Rapid2）快扫：两级扫描速度（Fast1～Fast2）慢扫：七级扫描速度（Slow1～Slow7）CS扫描：七级扫描速度（CSS1～CSS7）选区扫描8.自动调节功能：ABCC (自动亮度/对比度调节)，自动聚焦9.信号和图像处理功能：通过积分，图像的信噪比提高桢积分（最大积分数量：1,024）（TV和快扫模式）彩色图像显示两种颜色混合图像显示（实时）伪彩图像显示（保存图像）存储图像处理•渐变转换•Gamma 调节•多重滤波处理10.图像存储：图像存储尺寸：640 ⨯ 480，800 ⨯ 600，1,280 ⨯ 960，2,560 ⨯ 1,920，5,120 ⨯ 3,840像素保存格式：BMP,TIFF(8位),JPEG11.图像打印自由布局打印功能12.保存数据图像的处理图像管理和处理(SEM Data Manager) ：•图片数据库管理•缩略图显示•多种图片处理功能13.其他功能：束闸功能（图像冻结时）光栅旋转/倾斜补偿测量功能 (实时图像或存储图像)参数显示 (照片号、加速电压、放大倍率、微标尺、工作距离、日期、时间)参数条被底：透明、黑色数据输入和标注（圆，矩形，箭头，尺寸线）14.外部设备接口：USB 接口网卡接口15.X射线分析功能扫描模式：●点扫描●面扫描●DBC接口（选配）六、真空系统1.真空控制：完全自动气动阀系统2.真空泵：离子泵： 60 L/s ⨯ 1, 20 L/s ⨯ 2磁悬浮分子泵： 300 L/min ⨯ 1（主抽气）机械泵＊为减轻污染，推荐使用干泵3.真空量规：全量程量规，皮拉宁规两个（控制真空系统），宁规一个4.真空度：电子枪：﹤10-8 Pa样品室：﹤10-4 Pa5.样品交换室：六寸预抽室七、保护措施断电保护、断水保护、漏气保护八、循环水冷却水循环流速：1.0～1.5 L/min （冷却物镜）水压：50～100 kPa水温：10 to 20 ︒C （10分钟最大可变化0.5度）九、防污染措施液氮冷阱十、SU8200系列扫描电镜（SU8220,SU8230,SU8240）主机 (1)显示单元 (1)机械泵 (1)空压机 (1)标配专用工具....................... 1 套耗材及配件......................... 1 套操作手册........................... 1 套十一、尺寸及重量长⨯宽⨯高重量主机（SU8220） 990 850 1,710 mm 665 kg 主机（SU8230）990 850 1,745 mm 740 kg 主机（SU8240） 990 850 1,745 mm 745 kg 显示单元 1,120 1,100 1,200mm 275 Kg 空压机 210 420 520 mm 16 kg 减震器 200 180 160 mm 40 kg 十二、主要选项附件探测器：顶探头过滤器YAG型BSE探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）扫透探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）半导体型BSE探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）视频放大单元光电倍增单元法拉第杯能谱CD测量功能：实时CD测量功能已保存图像的CD测量功能（图像管理选项）打印机（用户自配）外部设备控制：DBC(外部信号扫描)外部通讯接口键盘/鼠标通用功能其他：冷却循环水压缩机EDX系统变压器说明书。

10．水平抽出样品交换杆至杆末端完全离开导槽后，倾斜样品交换杆，此时工具栏中的加速电压按钮“HT”变为黑色。
11．当加速电压按钮“HT”变为兰色时，打开加速电压，按钮“HT”变为绿色。根据试样设置加速电压（0.5~30KV），工作距离（1.5, 2, 3, 6, 8, 15mm），探针电流值。
12．当发射电流值为10μA时，打开枪阀，扫描开始。
2．做完“Flash”后首次开加速电压，电压值应从0.5KV 开始逐步加大，步长小于4KV，并且要等发射电流值为10μA时，才能改变加速电压。
3．样品表面最高不能超过样品台6mm，并且在超过样品台表面一定高度后，设置的工作距离要相应加上该高度值。例如： 想观察一定电压下工作距离为3mm时的图像，而样品表面高过样品台2mm，则要调节工作距离旋钮，使工作距离值为5mm。
场发射扫描电镜操作规程
1.打开电脑，启动扫描程序。
2.将待测样品固定到样品夹上，送入样品室。
3.设置合适的加速电压、工作距离，对样品表面进行扫描观测。
4.调节操作面板上的放大倍数，焦距，亮度，对比度，像散等旋钮，获得清晰的样品图像。
5.保存样品图像。
6.测试完毕，关闭加速电压，从样品室取出样品。
7.退出扫描程序，关闭脑。
4．扫描样品时要先开加速电压，等发射电流值为10μA时再开枪阀，扫描结束后要先关闭枪阀，再关加速电压。
5．测试弱磁性的样品，放样品和取样品时要打开操作面板上的“Low Mag”按钮以减小物镜磁性，并且工作距离要在8mm以上。
6．测试样品一定要固定好以防掉入样品室。
天津理工大学材料科学与工程学院
2004年3月
6．当样品室操作面板上的“VENT” 指示灯停止闪烁保持一直亮的状态时，打开样品交换室。

四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴 • 放入试样 • 图像调整
四、扫描电镜的调整
• 电子束合轴
•
调整电子束对中〔合
轴〕的方法有机械式和电磁
式。
• ①机械式是调整合轴螺钉
• ②电磁式那么是调整电磁对 中线圈的电流，以此挪动电
四、扫描电镜的调整
• 放入试样
•
将试样固定在试样
盘上，并进展导电处置，使
试样处于导电形状。将试样
•
样品在入射电子束作
用下会产生各种物理信号，有
二次电子、背散射电子、特征
X射线、阴极荧光和透射电子。
•
不同的物理信号要用
不同类型的检测系统。它大致
二、扫描电镜的构造
常用的检测系统为闪烁计数器，它位于样 品上侧，由闪烁体，光导管和光电倍增器所组 成，如图5所示。
二、扫描电镜的构造
图5 电子检测器
三、扫描电镜的根本原理

二、扫描电镜的构造
构成： 电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫
描线圈等； 机械系统，包括支撑部分、样品室； 真空系统； 样品所产生信号的搜集、处置和显示系统。
二、扫描电镜的构造
图1 Sirion 200 扫描电镜外
观照片
二、扫描电镜的构造
图2 扫描电子显微镜
构造表示图 (a)系统方框图
二、扫描电镜的构造
六、实验报告要求
• 简要阐明扫描的原理及电镜各部分的作用。 • 根据他的了解，举例阐明扫描电镜的运用。 • 根据实验察看的断口特征，简述韧窝断口、
穿晶解理断口、脆性沿晶断口、疲劳断口的 典型形貌特征。
END！
角越小，在试样上扫描面积越小，其放大倍
率M越大。 A(CRT上 扫 描 振 幅 )

Obj Lens Scanning Specimen
SE Detector
Imag e
Screen
Opt
Image TEM
Image CRT
SEM
3
SU8020的外观结构
4
电子枪的结构
FE-SEM电子枪
加热电源
ZrO/W<100>
栅极保护层
第１阳极 第２阳极
引出电源 加速电源
闪烁电源
第１阳极 第２阳极
日立SU8020冷场发射扫描电镜 基础原理和应用介绍
主要内容
一、日立SU8020的工作原理
1、SEM的结构 2、SE和BSE信号 3、分辨率及影响因素 4、E×B技术 5、信号控制系统 6、维护和保养
二、日立SU8020的操作和应用
1、样品制备 2、扫描电镜最基本的操作 3、参数选择：Vacc，WD，SED 4、荷电现象 5、“污染”现象 6、样品损伤 7、减速模式
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3.分辨率及其影响因素
阿贝（Abbe）公式
分辨率
德·布罗依（De Broglie）波长
加速电压、波长与分辨率的关系
15
电磁透镜的像差
远离/靠近光轴
使用小孔光阑
电子能量不同
提高加速电压
电子波动性、光阑 短波长电子
dsl = 2ΔfA α 磁线圈加工误差 加校正电场消像散
16
不同类型物镜
（a）外透镜方式
※ Magnification value with “Monitor size basis” is approximately 2.7 times higher* than that with “Film size basis” if the area of field of view is same in both basis.

扫描电镜技术电子束减速技术电子束减速技术(BDT)包括了电子束减速模式（BDM），以及在这个模式下可同步获取二次电子和背散射电子信号的高质量的透镜内探头。

在电子束减速模式下，通过加在样品台上的负偏压使得电子束在作用到样品表面前降低能量。

最低的着陆电压可以降低到50eV(在手动控制下可以降到0eV)。

电子束减速模式下减少了光路畸变，增强了电子镜筒的性能，因而在低电压下可以获得更小的束斑直径和高分辨的图片。

低电压成像可以有效减少在观察不导电样品成像时出现的放电效应，也有利于对那些电子束敏感样品和未喷镀处理的样品的观察。

在这个模式下，可以达到对于表面形貌及成分衬度分析的极限分辨率。

工作距离指物镜极靴下表面与试样表面之间的距离（在电镜电脑屏幕上通常以WD+数字显示）。

需要注意的是1.真实的WD是需要将电子束聚焦到样品表面之后，显示的WD才准确。

（直白翻译：Focus调清楚之后，显示的WD才是真实的）但工作距离与电子束是否聚焦无关，即调不调清楚WD该是多少还是多少。

2.即使电镜的BSE探头在极靴下面，其工作距离仍然是极靴下表面到试样表面。

而通常BSE 探头厚度2mm左右，因此实际的工作距离是电镜显示的WD-2mm左右。

（电镜操作中，如果BSE探头在极靴下，请注意调整Z高度时为其留位，否则会撞坏BSE探头）做图像观察时，工作距离越小图像分辨率越高。

目前越来越多的电镜支持用极小的工作距离来观察nm级的样品。

而对断口分析时，为了避免表面不平而导致高的尖端撞击极靴，往往采用大工作距离。

做EDS能谱时，通常具有最佳的工作距离。

使尽可能多的x-ray沿探测器轴向进入探测器，从而获得最高计数率。

低于或高于此最佳工作距离都会降低x-ray的计数甚至检测不到信号。

而如何了解自己的能谱仪的最佳工作距离呢？1，自然是工程师安装之后会建议您在xx工作距离下做能谱。

该距离通常就是本设备的最佳值。

2如果是INCA系统，我们还可以在软件上发现该最佳距离。

扫描电镜的使用演示一、实验目的1）了解扫描电镜基本结构和工作原理。

2）通过对表面形貌衬度和原子序数衬度的观察，了解扫描电镜图像衬底原理及其应用。

二、扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。

扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。

扫描电镜所需的加速电压一般在1〜30kV，常用的加速电压〜20kV左右。

图像放大倍数在一定范围内（几十倍到几十万倍）可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。

扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。

扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。

三、扫描电镜图像衬度观察1．样品制备扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可以直接进行观察。

但在有些情况下需对样品进行必要的处理。

1）样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂（乙醇或丙酮）在超声波清洗器中清洗。

2）样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。

清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。

3）对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm为宜。

2．表面形貌衬度观察二次电子信号来自于样品表面层5〜10nm,信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。

因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。

二次电子像的分辨率较高，一般约在3〜6nm。

热发射扫描电镜技术规格及要求1、设备组成、布置方式及用途说明1.1 设备名称：热发射扫描电镜1.2 数量：一套1.3 场发射扫描电镜主要由以下部分组成：①主机：热场发射扫描电镜②附件：电制冷能谱(EDS)与EBSD一体化系统；离子束镀膜仪；精密切割机；半自动研磨/抛光机；振动抛光机。

1.4 推荐布置方式：开放式布置。

1.5. 电镜主要用于材料的微观形貌观察，要求该设备可以直接对导电（金属材料、半导体材料）和不导电的材料（陶瓷、塑料、玻璃等）进行观察，以满足研究近似原始状态下相关样品的观察和分析需求；配上能谱仪，可对材料的微区成分进行定性和定量分析及元素线扫描和面分布分析；配上EBSD，可通过实时采集背散射电子以及标定背散射电子衍射花样，快速获取逐点的晶体学结构信息，分析研究材料的晶体取向、微观织构及其相关的材料性能等。

1.6. 能通过程序控制实现自动化检测。

2、技术指标要求2.1. 场发射扫描电镜FESEM场发射扫描电镜作为最关键部件，要求选用国际知名品牌产品。

投标文件应对所选用场发射显微镜品牌、特色及技术指标给予详细描述。

2.2．附件：电制冷能谱(EDS)与EBSD一体化系统该附件为场发射扫描电镜关键附属设备，用于材料的微区结构分析。

2.3．附件：离子束镀膜仪功能：适用于不同材质的试样表面喷镀导电层。

主要技术指标：1. 样品能够快速镀膜，只产生极小的热量；2. 控制样品旋转和摇摆速率，确保样品镀膜均一；3. 样品载台适用于各种SEM样品；4. 配有测膜厚度装置（FTM），能够连续测量沉积速率；5. 提供多种材质（C、Pt、Au、Cr）的靶材；6. 隐藏在腔体内的耙材完全与溅射污染物隔离；7. 可选配第二个耙材交换仪器即可再增加两个耙材，可在保持真空的情况下极短时间内选择两个可用耙材中任意一个。

2.4．附件：精密切割机功能：适用于不同材质的试样取样，包括陶瓷，金属，稀土材料，复合材料，生物材料等；能自动完成试样的切割，并有良好的切割效果，试样损伤小；对于失效分析的试样能精确定位切割。

SU8200场发射扫描电镜技术说明文件一、二次电子分辨率：0.8 nm (加速电压 15 kV，工作距离4 mm)1.1 nm (着陆电压 1 kV，工作距离1.5 mm)(减速模式)以上分辨率的测试都是基于日立电镜的分辨率测试标样（蒸金磁带样品，蒸金碳样品）二、放大倍率：低倍模式：⨯20 到⨯2k高倍模式：⨯100 到⨯1000k三、电子光学：1.电子枪：冷场发射电子枪（带有柔性flash功能）2.加速电压: 0.5 到 30 kV着陆电压: 0.01到 2 kV3.透镜系统三级电磁透镜系统4.物镜光阑四孔可调光阑(内置加热自清洁功能)5.扫描线圈二级电磁式偏转线圈（高倍模式）一级电磁式偏转线圈（低倍模式）6.消像散器八级电磁系统（X，Y）7.探测器：低位（Lower）、高位（Upper）、和顶位（Top）三种探测器进行二次电子/背散射电子的接收能谱系统 (选配)8.束闸电磁型9.电位移：±12 μm (工作距离8 mm)注意：工作距离改变时，电位移范围会改变四、样品室和样品台：1.样品台控制：五轴马达台2.可移动范围和样品尺寸：3.可安装样品高度4.换样预抽室5.样品台控制：图形界面控制自动样品更换位置定位功能样品台移动轨迹存储功能优中心旋转功能图片导航功能五、显示系统1.用户界面电脑显示器上的图形用户界面2.电脑操作系统：微软Windows 7 专业版（32位）操作台：鼠标、键盘、旋钮板、样品台控制方法（标配轨迹球，或选配操纵杆）3.显示器24.1寸液晶显示器或同等配置的显示器（屏幕：1,920×1,200像素）4.扫描模式：二维图像显示选区模式点分析模式平均浓度分析模式图像显示模式大屏显示模式 (1280 ⨯ 960)单屏显示模式 (800 ⨯ 600)双屏同时显示模式 (800 ⨯ 600)四屏同时显示模式 (640 ⨯ 480)选区显示模式（图像调整时使用）5.电子光学对中：电子束对中光阑对中像散对中低倍对中6.扫描模式积分扫描快扫慢扫缩小区域扫高清捕图积分捕图荷电抑制扫描(CS扫描)7.扫描速度TV：两级扫描速度（Rapid1～Rapid2）快扫：两级扫描速度（Fast1～Fast2）慢扫：七级扫描速度（Slow1～Slow7）CS扫描：七级扫描速度（CSS1～CSS7）选区扫描8.自动调节功能：ABCC (自动亮度/对比度调节)，自动聚焦9.信号和图像处理功能：通过积分，图像的信噪比提高桢积分（最大积分数量：1,024）（TV和快扫模式）彩色图像显示两种颜色混合图像显示（实时）伪彩图像显示（保存图像）存储图像处理•渐变转换•Gamma 调节•多重滤波处理10.图像存储：图像存储尺寸：640 ⨯ 480，800 ⨯ 600，1,280 ⨯ 960，2,560 ⨯ 1,920，5,120 ⨯ 3,840像素保存格式：BMP,TIFF(8位),JPEG11.图像打印自由布局打印功能12.保存数据图像的处理图像管理和处理(SEM Data Manager) ：•图片数据库管理•缩略图显示•多种图片处理功能13.其他功能：束闸功能（图像冻结时）光栅旋转/倾斜补偿测量功能 (实时图像或存储图像)参数显示 (照片号、加速电压、放大倍率、微标尺、工作距离、日期、时间)参数条被底：透明、黑色数据输入和标注（圆，矩形，箭头，尺寸线）14.外部设备接口：USB 接口网卡接口15.X射线分析功能扫描模式：●点扫描●面扫描●DBC接口（选配）六、真空系统1.真空控制：完全自动气动阀系统2.真空泵：离子泵： 60 L/s ⨯ 1, 20 L/s ⨯ 2磁悬浮分子泵： 300 L/min ⨯ 1（主抽气）机械泵＊为减轻污染，推荐使用干泵3.真空量规：全量程量规，皮拉宁规两个（控制真空系统），潘宁规一个4.真空度：电子枪：﹤10-8 Pa样品室：﹤10-4 Pa5.样品交换室：六寸预抽室七、保护措施断电保护、断水保护、漏气保护八、循环水冷却水循环流速：1.0～1.5 L/min （冷却物镜）水压：50～100 kPa水温：10 to 20 ︒C （10分钟内最大可变化0.5度）九、防污染措施液氮冷阱十、SU8200系列扫描电镜（SU8220,SU8230,SU8240）主机 (1)显示单元 (1)机械泵 (1)空压机 (1)标配专用工具....................... 1 套耗材及配件......................... 1 套操作手册........................... 1 套十一、尺寸及重量长⨯宽⨯高重量主机（SU8220） 990 850 1,710 mm 665 kg 主机（SU8230）990 850 1,745 mm 740 kg 主机（SU8240） 990 850 1,745 mm 745 kg 显示单元 1,120 1,100 1,200mm 275 Kg 空压机 210 420 520 mm 16 kg 减震器 200 180 160 mm 40 kg 十二、主要选项附件探测器：顶探头过滤器YAG型BSE探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）扫透探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）半导体型BSE探测器（SU8220/ SU8230/SU8240）视频放大单元光电倍增单元法拉第杯能谱CD测量功能：实时CD测量功能已保存图像的CD测量功能（图像管理选项）打印机（用户自配）外部设备控制：DBC(外部信号扫描)外部通讯接口键盘/鼠标通用功能其他：冷却循环水压缩机EDX系统变压器说明书。

微区化学成分分析
氮化铝陶瓷晶界成分分析
Element N Al
Totals
Weight% 50.64 49.36 100.00
Atomic% 66.40 33.60
显微组织及超微尺寸材料的研究
纳米AlN纤维
纳米AlN粉体
实验原料和实验设备
实验原料：
氧化铝粉体 热腐蚀过的氧化铝陶瓷
实验设备：
场发射扫描电子显微镜S 4800
信号 放大器
镜筒
离子泵
离子泵手动 阀
真
V1阀
空
样品室
系
放气阀
统
V6
主阀V5
镜筒阀V4 热偶规TC4
旁路阀
抽气管
V3
TC3
TC1 TC2 挡板
冷规
机械泵
扩散泵前级阀 V2
扩散泵
储气瓶
工作原理
在散射过程中入射电子所 损失的能量部分转变为热，部 分使物质中原子发生电离或形 成自由载流子（在半导体情况 下），并伴随着产生各种有用 信息，如：二次电子、俄歇电 子、特征X射线、特征能量损失 电子、阴极发光、电子感生电 导等。
电子束系统成像系统真空系统电子枪聚光镜扫描线圈物镜试样信号放大器二次电子探测器显示器扫描放大器镜筒v1阀样品室挡板扩散泵离子泵机械泵离子泵手动主阀v5镜筒阀v4放气阀v6热偶规tc4旁路阀v3tc扩散泵前级阀v2抽气管扫描电镜的工作原理方框图背散射电子空间分辨率x射线的分辨率背散射电子特征x射线二次电子俄歇电子连续x射线背散射电子空间分辨率x射线的分辨率背散射电子特征x射线二次电子俄歇电子连续x射线在散射过程中入射电由载流子在半导体情况下并伴随着产生各种有用信息如
场发射扫描电子显微镜工作原理及其 在材料分析中的应用

扫描电镜的结构、原理及其操作使用
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。