二次电子和吸收电子检测器

扫描电子显微镜的构造和工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过使用聚焦的电子束来替代传统显微镜中使用的光束，从而能够观察到非常小尺寸的物体或细节。

SEM的构造和工作原理如下：构造：1.电子源：SEM使用热电子发射或场致发射的方式产生电子束。

常用的电子源是热丝电子枪，其中一个被称为热阴极的钨丝加热电子产生材料，产生电子束。

2. 电子透镜系统：SEM中有两个电子透镜，分别称为透镜1（即准直透镜）和透镜2（即聚经透镜）。

透镜1和透镜2的作用是使电子束呈现较小的束斑（electron beam spot），从而提高分辨率和放大率。

3. 检测系统：SEM的检测系统包括两个主要部分，即二次电子检测器（Secondary Electron Detector，SED）和回散射电子检测器（Backscattered Electron Detector，BED）。

SED主要用于表面形貌观察，它能够检测到由扫描电子激发的二次电子。

BED则用于分析样品的成分和区分不同物质的特性。

4.微控样品台：SEM中的样品台可以精确调整样品位置，使其与电子束的路径重合，并且可以在不同的方向上转动，以便于观察不同角度的样品。

5.显示和控制系统：SEM使用计算机控制系统来控制电子束的扫描和样品台的移动，并将观察结果显示在计算机屏幕上。

工作原理：1.电子束的生成：SEM中的电子源产生高能电子束。

电子源加热电子发射材料，如钨丝，产生高速电子束。

2.电子透镜系统的聚焦：电子束经过透镜1和透镜2的聚焦，使其呈现出较小的束斑。

3.样品的扫描：样品台上的样品被置于电子束的路径中，并通过微控样品台控制样品的位置和方向。

电子束扫描过样品表面，通过电磁透镜和扫描线圈控制电子束的位置。

4.二次电子和回散射电子的检测：电子束与样品相互作用时，会产生二次电子和回散射电子。

二次电子是由电子束激发样品表面产生的电子，可以用来观察样品的表面形貌。

材料结构分析习题解析材料结构分析习题解析⼀、名词解释：球差:由于电⼦透镜中⼼区域和边缘区域对电⼦会聚能⼒不同⽽使得与光轴夹⾓不同的光线交于光轴不同位置，在像平⾯上形成⼀个圆形的弥散斑。

⾊差：是电⼦能量不同，从⽽波长不⼀造成的景深：在保持像清晰的前提下，试样在物平⾯上下沿镜轴可移动的距离或者说试样超过物平⾯所允许的厚度焦深：在保持像清晰的前提下，象平⾯沿镜轴可移动的距离或者说观察屏或照相底板沿镜轴所允许的移动距离分辨率：指所能分辨开来的物⾯上两点间的最⼩距离明场成像：只让中⼼透射束穿过物镜光栏形成的衍衬像称为明场镜。

暗场成像：只让某⼀衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为暗场像。

中⼼暗场像：⼊射电⼦束相对衍射晶⾯倾斜⾓，此时衍射斑将移到透镜的中⼼位置，该衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为中⼼暗场成像。

衬度：试样不同部位由于对⼊射电⼦作⽤不同，经成像放⼤系统后，在显⽰装置上显⽰的强度差异。

消光距离：电⼦束强度由极⼤到极⼩再到极⼤完成⼀个周期变化沿⼊射束⽅向所经历的距离菊池花样：平⾏⼊射束经单晶⾮弹性散射失去很少的能量随后⼜与⼀组反射⾯满⾜布拉格定律发⽣弹性散射产⽣的由亮暗平⾏线对组成的⼀种花样。

衍射衬度：由于晶体薄膜的不同部位满⾜布拉格衍射条件的程度有差异以及结构振幅不同⽽形成电⼦图像反差。

双光束条件：电⼦束穿过样品后，除透射束外，只有⼀族晶⾯严格符合布拉格条件，其他⼤⼤偏离布拉格条件，结果衍射花样除了透射斑外，只有⼀个衍射斑强度较⼤，其他衍射斑强度基本忽略，这种情况为双光束条件电⼦背散射衍射：在扫描电⼦显微镜中，利⽤⾮弹性散射的背散射电⼦与晶体衍射后，在样品的背⾯得到的菊池衍射结果⼆次电⼦：⼊射电⼦轰击试样，试样表层5~50A深度内原⼦的外层电⼦受激发⽽发射出来的电⼦背散射电⼦：⼊射电⼦在试样内经过⼀次或⼏次⼤⾓度弹性散射或⾮弹性散射后离开试样表⾯的电⼦，具有较⾼的能量，可从试样较深部位射出。

⼆、简答1．透射电镜主要由⼏⼤系统构成? 各系统之间关系如何?答：四⼤系统:电⼦光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。

扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，常用于观察材料的表面形貌和结构。

它利用电子束与样品相互作用产生的信号来获取图象，具有较高的分辨率和深度。

扫描电镜的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 电子源：扫描电镜使用的电子源通常是热阴极电子枪。

热阴极通过加热产生的热电子形成电子束。

2. 准直系统：电子束从电子源出射后，需要经过准直系统进行准直。

准直系统包括准直孔、准直磁场和偏转磁场等，用于控制电子束的方向和能量。

3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台。

样品通常需要进行预处理，如去除水分和表面氧化物等。

样品台还可以通过调节高低位置来调整电子束与样品的距离。

4. 扫描线圈：扫描线圈用来控制电子束的扫描范围。

通过改变扫描线圈的电流，可以控制电子束在样品表面的扫描速度和扫描范围。

5. 检测系统：扫描电镜的检测系统用于接收样品与电子束相互作用产生的信号。

常用的检测系统包括二次电子检测器和反射电子检测器。

6. 图象处理和显示：扫描电镜获取的信号经过放大、滤波和数字化处理后，可以通过显示器显示成图象。

图象处理可以增强图象的对照度和清晰度。

扫描电镜的工作原理基于电子与样品的相互作用。

当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子-电子相互作用、电子-原子相互作用和电子-表面相互作用等。

这些相互作用会产生多种信号，如二次电子、反射电子、透射电子和荧光X射线等。

在扫描电镜中，最常用的信号是二次电子。

当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面的原子或者份子吸收或者散射，从而形成二次电子。

二次电子的数量和能量与样品表面形貌和组成有关。

通过采集和检测二次电子，可以获取样品表面的形貌信息。

此外，扫描电镜还可以利用反射电子信号来观察样品的晶体结构和原子罗列等信息。

反射电子是指电子束与样品表面原子相互作用后，被散射回来的电子。

通过采集和检测反射电子，可以获得样品的晶体学信息。

第十三章扫描电子显微分析由于透射电镜是利用穿透样品的电子束进行成像的，这就要求样品的厚度必须保证在电子束可穿透的尺寸范围内。

为此需要通过各种较为繁琐的样品制备手段将大尺寸样品转变到透射电镜可以接受的程度。

能否直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，成为科学家追求的目标。

经过努力，这种想法已成为现实-----扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。

扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段。

第一节扫描电镜的工作原理工作过程：由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。

在末级透镜上边装有扫描线圈。

在它的作用下使电子束在样品表面扫描。

由于高能电子束与样品物质的交互作用，结果产生了各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电了、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等。

这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。

由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。

扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为视频信号，完成一帧图像。

从而使我们在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。

第二节扫描电镜的结构扫描电镜包含以下部分：1. 电子光学部分该系统由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。

它的作用与透射电镜不同，仅仅用来获得扫描电子束。

显然，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。

（1）电子枪目前使用中的扫描电镜大多为普通热阴极电子枪，由于受到钨丝阴极发射率较低的限制，需要较大的发射截面，才能获得足够的电子束强度。

其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5~7nm，因此仪器分辨率受到限制。

扫描电镜（SEM）超全知识汇总真空技术扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。

如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。

▲图1. 扫描电子显微镜特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。

基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。

电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。

通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。

扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。

样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。

2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。

所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。

虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。

有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。

3、真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。

真空柱是一个密封的柱形容器。

真空泵用来在真空柱内产生真空。

有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨灯丝枪的扫描电镜的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧及六硼化铈枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。

sem工作原理SEM（扫描电子显微镜）是一种高分辨率的显微镜，其工作原理基于电子束与样品之间的相互作用。

SEM可以对样品进行表面形貌和成分分析，成为材料科学、生物学、物理学等领域中重要的研究工具。

本文将从以下几个方面介绍SEM的工作原理。

一、电子束产生SEM中采用的电子源通常是热阴极，它通过加热产生大量自由电子。

这些自由电子被加速器加速，形成高速电子束。

加速器通常采用高压直流或脉冲直流电源来提供能量。

二、样品制备在进行SEM观察前，需要对样品进行制备处理。

通常情况下，样品需要被切割成非常薄的片，并使用化学方法或物理方法制备成平整表面。

这些处理过程可以帮助提高SEM图像的质量和可靠性。

三、扫描控制在SEM中，扫描控制系统负责控制电子束在样品表面上移动以获取图像。

扫描控制系统包括两个主要部分：扫描线圈和偏转放大器。

扫描线圈产生一个磁场，使电子束沿着样品表面移动。

偏转放大器负责控制扫描线圈的电流，以便控制电子束的方向和速度。

四、相互作用当高速电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理和化学反应。

这些反应包括散射、透射、吸收、发射和反射等过程。

这些相互作用会导致电子束的能量损失，并产生二次电子和背散射电子等信号。

五、信号检测SEM中有多种检测器可以检测由样品表面产生的信号。

其中最常见的是二次电子检测器和反向散射检测器。

二次电子检测器可以检测到由样品表面发出的二次电子信号，并将其转换为图像。

反向散射检测器则可以检测到由样品内部反向散射出来的电子信号。

六、图像生成SEM图像是通过将扫描控制系统控制下的高速电子束在样品表面上移动所得到的信号转换为图像来生成的。

这些信号可以被转换为数字形式，并使用计算机软件进行处理和分析。

这些处理过程可以帮助提高SEM图像的质量和可靠性。

七、应用SEM广泛应用于材料科学、生物学、物理学等领域。

在材料科学中，SEM可以用于表面形貌和成分分析，以及纳米级别的材料研究。

在生物学中，SEM可以用于细胞结构和形态的研究。

材料分析技术总结明场像：用另外的装置来移动物镜光阑，使得只有未散射的透射电子束通过它，其他衍射的电子束被光阑挡掉，由此所得到的图像被称为明场像（BF）。

暗场像：只有衍射电子束通过物镜光阑，透射电子束被光阑挡掉，称由此所得到的图像为暗场像（DF）。

散射电子成像，像有畸变：分辨率低通过调节中间镜的电流就可以得到不同放大倍数的明场像和暗场像。

中心暗场像：使入射电子束偏转2θ，使得衍射束平行于物镜光轴通过物镜光阑。

这种方法称为中心暗场成像。

射电子束对试样倾斜照明，得到的暗场像。

像不畸变：分辨率高八强线：三强线：第一强锋,第二强峰及第三强峰的峰强：峰位：半峰宽等参数点阵消光：由于晶胞中点阵位置而导致的│F｜2=0的现象。

结构消光：在点阵消光的基础上，因结构基元内原子位置不同而进一步产生的附加消光现象，称为结构消光。

系统消光：晶体衍射实验数据中出现某类衍射系统消失的现象。

吸收限：X射线照射固体物质产生光子效应时能量阀值对应的波长称为物质的吸收限。

短波限：极限情况下，能量为eV的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子，那么该光子获得最高能量和具有最短波长。

荧光X射线：当入射的X射线光量子的能量足够大将原子内层电子击出，外层电子向内层跃迁，辐射出波长严格一定的X射线。

特征X射线：处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。

原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。

二次电子：当入射电子与原子核外电子发生交互作用时，会使原子失掉电子而变成离子，这个脱离原子的电子称为二次电子。

背散射电子：入射电子与固体作用后又离开固体的总电子流。

俄歇电子：由于原子中的电子被激发而产生的次级电子，在原子壳层中产生电子空穴后，处于高能级的电子可以跃迁到这一层，同时释放能量。

当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个电子就可以脱离原子发射，被称为俄歇电子。

衬度光阑：衬度光阑又称为物镜光阑，通常它被放在物镜的后焦面上。