实验一 扫描电子显微镜的结构及原理分析.(录像)docx

扫描电子显微镜的结构原理和功能用途扫描电镜简介电子源发射的电子束经过电磁透镜的电子光学通路聚焦，电子源的直径被缩小到纳米尺度的电子束斑，与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在样品表面一定微小区域内，逐点逐行扫描。

电子束与样品相互作用，从样品中发射的具有成像反差的信号，由一个适当的图像探测器逐点收集，并将信号经过前置放大器和视频放大器,用调制解调电路调制显示器上相对应显示像素的亮度，形成我们人类观察习惯的，反映样品二维形貌的图像或者其他可以理解的反差机制图像。

由于图像显示器的像素尺寸远远大于电子束斑尺寸，（0.1mm/1nm=100,000倍）而且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，这样显示器上的图像相当于把样品上相应的微小区域进行了放大。

通过调节扫描线圈偏转磁场，可以控制电子束在样品表面扫描区域的大小，理论上扫描区域可以无限小，但可以显示的图像有效放大倍数的限度是扫描电镜分辨率的限度。

模拟图像扫描系统：样品上每个像素模拟信号直接调制阴极射线管对应显示像素的亮度，由于生成一幅高质量图像一般需要数秒或者数十秒/帧，所以模拟电镜使用慢余辉显像管终端显示一幅活图像，为了便于在显像管上观察图像，需要暗室，操作者可按照一定规程调整仪器参数，如图像聚焦，移动样品台搜索感兴趣区域，调节放大倍数，亮度对比度，消象散等从而获得最佳的图像质量。

模拟图像输出采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。

自1985年以来，模拟图像电镜已经被数字电镜取代。

数字图像扫描系统：样品上每个像素发出的成像信号，被图像探测器探测器后，经过前置放大器，和视频放大器放大，直接进行信号数字化，然后存储在图像采集卡的帧存器，形成数字图像数据，图像数据可被电镜操作软件读取，操作者在图形交互界面（GUI)上对图像进行调整控制，并把调整好的数字图像存储在计算机中硬盘中。

模拟控制是控制信号不经过计算机软件,直接由操作台按键旋钮等对执行机构进行控制,属于人工手动控制,控制精度由操作者观察仪表盘的变化决定.例如高压电源,扫描线圈,探测器电源,电子枪控制，磁透镜控制,样品台的运动控制等等。

扫描电镜实验报告doc扫描电镜实验报告篇一：扫描电镜实验报告扫描电镜实验报告班级：材化11学号： 41164049姓名：李彦杰日期： XX 05 16一、实验目的1. 了解扫描电镜的构造及工作原理；2. 扫描电镜的样品制备；3. 利用二次电子像对纤维纵向形貌进行观察；4. 了解背散射电子像的应用。

二、实验仪器扫描电子显微镜（热发射扫描型号JSM-5610LV）、真空镀金装置。

扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。

扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下：1．电子光学系统。

其由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。

为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。

常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪。

前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。

电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。

扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。

为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。

样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。

2. 扫描系统。

扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。

3. 信号检测、放大系统。

样品在入射电子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。

它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。

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。

扫描电镜的结构及原理一、简介1特点：扫描电子显微镜主要特点是电子束在样品上进行逐点扫描，获得三维立体图像，图像观察视野大、景深长、富有立体感。

在观察样品表面形貌的同时，进行晶体学分析及成分分析。

常规的扫描电镜分辨本领通常为7～10nm,加速电压在1～50 kV范围。

生物样品一般用10～20kV,成像放大率几十倍至几十万倍。

2用途：扫描电镜可对样品进行综合分析，已成为重要分析工具，纤维、纸张、钢铁质量等，观察矿石结构、检测催化剂微观结构、观看癌细胞与正常细胞差异等。

3日本日立公司产品S-5200型为超高分辨率（ultra-highresolution）扫描电镜，加速电压为1kV时，分辨率可达1.8nm,加速电压为30kV时，分辨率高达0.5nm。

此外，还具有独特的电子信号探测系统，不但能观察样品三维形态结构甚至能看到样品的原子或分子结构，在使用性能方面已超越任何一种常规扫描电镜。

二、扫描电镜的结构扫描电镜的组成 :（1）、电子光学系统：组成：①电子枪与透镜系统；②电子探针扫描偏转系统作用：产生直径为几十埃的扫描电子束，即电子探针，使样品表面作光栅状扫描。

①电子枪组成：阴极、阳极、栅极。

直径约为0.1mm钨丝制成，加热后发射的电子在栅极和阳极作用下，在阳极孔附近形成交叉点光斑，其直径约几十微米。

扫描电镜没有成像电镜，成像原理与透射电镜截然不同。

所有透镜皆为缩小透镜，起缩小光斑的作用。

缩小透几十镜将电子枪发射的直径约为30μm电子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一个末透镜完成三个透镜的总缩小率为2000～3000倍。

两个聚光镜分别是第一聚光镜和第二聚光镜，可将在阳极孔附近形成的交叉点缩小。

聚光镜可动光阑位于第二聚光镜和物镜之间，用于控制选区衍射时电子书的发散角。

提高角分辨率。

被聚光镜缩小的光斑再由物镜进一步缩小，使光斑直径为几十埃。

然后汇聚在样品上。

物镜有两个极靴，分别为上级靴和下级靴。

上下级靴的形状不对称，极靴孔径也不同，以适应不同需要。

扫描电子显微镜的基本原理和结构下图为扫描电子显微镜的原理结构示意图。

由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成为直径为50mm的电光源。

在2-30KV的加速电压下，经过2-3个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成孔径角较小，束斑为5-10m m的电子束，并在试样表面聚焦。

末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下，电子束在试样表面扫描。

高能电子束与样品物质相互作用产生二次电子，背反射电子，X射线等信号。

这些信号分别被不同的接收器接收，经放大后用来调制荧光屏的亮度。

由于经过扫描线圈上的电流与显象管相应偏转线圈上的电流同步，因此，试样表面任意点发射的信号与显象管荧光屏上相应的亮点一一对应。

也就是说，电子束打到试样上一点时，在荧光屏上就有一亮点与之对应，其亮度与激发后的电子能量成正比。

换言之，扫描电镜是采用逐点成像的图像分解法进行的。

光点成像的顺序是从左上方开始到右下方，直到最後一行右下方的像元扫描完毕就算完成一帧图像。

这种扫描方式叫做光栅扫描。

扫描电镜由电子光学系统，信号收集及显示系统，真空系统及电源系统组成。

1 电子光学系统电子光学系统由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。

其作用是用来获得扫描电子束，作为产生物理信号的激发源。

为了获得较高的信号强度和图像分辨率，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：其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。

目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。

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。

现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。

但这种电子枪要求很高的真空度。

扫描电子显微镜的原理和结构示意图<2>电磁透镜其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为50m m的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。

扫描电子显微镜的原理1 原理介绍扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是由欧洲科学家在1938年发明的，也叫做电子扫描显微镜。

这种显微镜利用一个高度密集的电子束来对样本的表面进行扫描和观察，因此，它能够产生几乎比透镜发生的放大率更大的放大图像。

2 运作机制SEM的运作机制基本上是先通过放电构建出一个紧凑的电子束，并将这个电子束穿过一个电子加速器；然后，将电子加速过后的束流称为衍射束，并将它导入扫描电子显微镜，对样品进行扫描，随后，经衍射束穿过样品表面之后会返回原处，完成了一次扫描；这个返回的束流称为收集束，是检测电子衍射信号的基本束流，其经过电子加速器放大数倍，并由探测器探测，此时，将此信号发送至实时控制系统处理，之后，由实时控制系统进行数字化和显示，从而利用显示屏来显示观测到的电子衍射信号。

3 作用及应用SEM可以观察到一定程度上原子与原子之间的关系，典型尺寸观测范围一般在1µm ~ 1000µm之间，可以表现出物质形状和特征；在放射物理、材料分析、生理学、医学、生物学、检验技术、有机化学等领域中，都发挥着重要的作用，可以将特征与工艺、产品的质量指标紧密联系起来。

根据特定领域的实际情况，使用扫描电子显微镜可以绞尽脑汁，结合多种方法，发现更多实用性有价值的技术突破口，获得关键科技信息；同时，扫描电子显微镜也可以检测小尺寸，较细的孔径，例如检测半导体器件的缺陷，以便及时确认隐藏的缺陷，提高产品质量等。

4 改进及展望在改进扫描电子显微镜的性能方面，减少扫描束是常用的方法，改进的圆偏转电子阵列（Circular Divergent）容易达到这一要求，并通过改善系统性能，提供更高的放大率、更低的画面噪声和更大的视野范围，以及改善薄样本检测能力。

改进的衍射束让研究者使用不同的放电电压、放电电流和控制参数，实现快速横向扫描，显示画面更为清晰，因而在细节上得以更大程度地体现出来。

实验一扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察一、实验目的1．了解扫描电镜的基本结构和工作原理。

2．通过实际样品观察与分析，明确扫描电镜的用途。

二、基本结构与工作原理简介扫描电镜利用细聚电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产生各种物理信号，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、放大倍数范围大且连续可调、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工具。

扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1~30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。

扫描电镜的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。

扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。

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六大部分，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。

图5-1是扫描电镜主机构造示意图。

试验时将根据实际设备具体介绍。

这一部分的实验内容可参照教材内容，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。

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。