扫描电子显微镜详细学习

3．信号检测放大系统
不同的物理信号，要用不同类型的收集系统（探测器）。 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪烁
体计数器来进行检测。 闪烁体计数器是由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。
具有低噪声、宽频带(10Hz~1MHz)、高增益(106) 等特点 信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子 复合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电 倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大器放大后就成为调制信号。
主要收集信号是二次电 子（ＳＥ）和背散射电 子（ＢＳＥ）的信号。 (p171)
成像原理：
ebeam
Detector
A 10cm
Amplifier
10cm
A
c-length of CRT scan
x-length of e- beam scan
Beam is scanned over specimen in a raster pattern in synchronization with beam in CRT. Intensity at A on CRT is proportional to signal detected from A on specimen and signal is modulated by amplifier.
T: ~1500oC
Filament
(5-50mm)
E: >10MV/cm
W
W and LaB6(5n来自)Cold- and thermal FEG
（2）电磁透镜（电磁聚光镜）
主要功能：依靠透镜的电 磁场与运动电子的相互作 用将电子枪中交叉斑处形 成的电子源逐渐会聚成为 在样品上扫描的极细的电 子束（电子探针）。

扫描电子显微镜技术的使用方法与技巧扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）作为一种非常强大的科学研究工具，在生物学、材料科学、纳米技术等领域都得到了广泛的应用。

本文将介绍扫描电子显微镜技术的使用方法与技巧，帮助读者更好地理解和应用这一先进的技术。

一、原理概述扫描电子显微镜通过发射出高能电子束照射样本表面，并测量样本表面反射的电子信号来实现对样品的观察和分析。

与光学显微镜相比，扫描电子显微镜具有更高的放大倍数和更好的分辨率，使得细小结构和样品表面形貌得以清晰可见。

二、样品制备在使用扫描电子显微镜之前，首先需要将样品进行适当的制备处理。

不同的样品可能需要不同的制备方法，下面以常见的生物组织样品为例进行介绍。

1. 固定和固化：对于生物组织样品，通常需要使用一些化学物质进行固定，以防止样品变形和腐败。

常用的固定剂包括冷冻甲醛、乙醛和洗涤液等。

固定后，样品需要进行固化，通常使用环氧树脂或冷冻干燥等方法。

2. 切片：之后，需要使用超薄切片机将固定和固化后的样品切割成薄片。

切片要求非常薄，一般在50-100 nm之间。

3. 上膜：切割好的样品薄片需要粘贴在导电载体上，常见的载体有导电胶带或碳薄膜。

上膜过程中需要注意避免气泡和脏污。

三、仪器操作1. 样品装入和真空抽取：准备好的样品载体需要被正确地装入到扫描电子显微镜的样品台上，并确保样品与电子束之间有足够的距离。

2. 参数设定：在开始观察之前，需要根据样品的特性和所需观察的目的进行一些参数的设定。

如加速电压、工作距离和探针电流等。

这些参数的选择需要根据具体的样品类型和所需观察的目的来确定。

3. 对焦和调节：通过调节显微镜的对焦装置和样品台的三维移动装置，将电子束对准样品表面，并使其形成清晰的像。

同时，还需要通过调节探针电感补偿装置，以保持较高的分辨率。

四、图像获取与分析1. 图像获取：当样品合适地装载在扫描电子显微镜中后，可以开始进行图像获取。

2．分辨率 （resolution）
• 分辨率是扫描电子显微镜主要性能指标。对微区 成分分析而言，它辨两点之间的最小距离。 • 这两者主要取决于入射电子束直径，电子束直径 愈小，分辨率愈高。入射电子束束斑直径是扫描 电镜分辨本领的极限。热阴极电子枪的最小束斑 直径３nm，场发射电子枪可使束斑直径小于1nm。 • 但分辨率并不直接等于电子束直径，因为入射电 子束与试样相互作用会使入射电子束在试样内的 有效激发范围大大超过入射束的直径。
特征X射线发射
五、特征X射线 （characteristic X-ray）
• 若这一能量以X射线形式放出，这就是该元素的K辐射， hc 此时X射线的波长为： K E K E L2 式中，h为普朗克常数，c为光速。对于每一元素，EK、EL2 都有确定的特征值，所以发射的X射线波长也有特征值， 这种X射线称为特征X射线。 K • X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律： 2 Z
第三章 扫描电子显微镜
Light vs Electron Microscope
概述
• 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是继透射电镜之后发 展起来的一种电子显微镜 • 扫描电子显微镜的成像原理和光学显微镜或透 射电子显微镜不同，它是以类似电视摄影的方 式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发 出来的各种物理信号来调制成像的。 • 扫描电镜能完成： 表(界)面形貌分析； 配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学 位向分析等。
3.2扫描电镜成像的物理信号
• 扫描电镜成像所用的 物理信号是电子束轰 击固体样品而激发产 生的。具有一定能量 的电子，当其入射固 体样品时，将与样品 内原子核和核外电子 发生弹性和非弹性散 射过程,激发固体样品 产生多种物理信号。

实验十一、扫描电子显微镜(SEM)结构、成像原理与显微组织观察一、实验目的（1）了解扫描电子显微镜的结构和基本原理（2）通过实际分析, 明确扫描电子显微镜的用途注：扫描电子显微镜：Scanning Electron Microscope, SEM二、SEM 结构 三、SEM 成像原理利用细聚焦高能电子束在试样表面逐点扫描而激发出各种物理信息, 通过对这些信息的检测接收、放大并转换成调制信号, 最后在阴极射线管荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。

（具体细节见ppt ）四、SEM 的图像衬度观察仪器: 日立S-3400N SEM1.样品制备SEM 一个突出的特点就是对样品的适应性大而且样品制备方法简单。

所有的固态样品如块状、粉末、金属、非金属、有机以及无机的都可以观察。

尤其是对于无污染的金属断口样品不需进行任何处理就可直接进行观察。

SEM 对样品的要求主要有以下几点:（1）适当的大小（2）良好的导电性: 实际上是要求样品表面（所观察到的面）与样品台之间要导电。

对于导电性良好的金属样品, 只要尺寸大小合适、用导电胶或导电胶带固定在铝或铜的样品电子枪样品仓物镜可动光阑轨迹球旋钮板架上送入电镜样品室便可直接观察。

对不导电或导电性差的无机非金属材料、高分子材料等样品, 所要观察的表面必须进行喷镀导电层处理, 镀膜厚度控制在5~10nm为宜。

（3）无论是哪种试样, 其观察表面要真实, 避免磕碰、擦伤造成的假象, 要干净、干燥。

2.表面形貌衬度观察表面形貌衬度是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种图像衬度。

用于二次电子信号来自于样品表面层5～10nm深度范围, 它的强度与原子序数没有明确的关系, 而仅对微区刻画相对于入射电子束的位向十分敏感, 同时二次电子像的分辨率较高, 一般约在3～6nm（目前可达到的最佳分辨率为1nm）,所以适合于显示表面形貌衬度。

二次电子像是扫描电镜应用最广的一种方式, 尤其在材料科学研究领域, 二次电子像的表面形貌衬度在断口分析方面显示了突出的优越性。