第三章 扫描电镜汇总

• 扫描电镜（SEM）• 透射电镜（TEM）• 原子力显微镜（AFM）• X射线衍射（XRD）• 元素分析（EA）显微分析技术——电子显微镜一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子的运动方向被改变，称为散射。

透射电子直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电镜(TEM)的成像和衍射二次电子入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量（30～50eV）激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出，成为真空中的自由电子，此即二次电子。

在电场的作用下它可呈曲线运动进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。

二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌；二次电子的分辨率可达5～10nm，即为扫描电镜的分辨率。

二次电子的强度主要与样品表面形貌相关。

二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。

当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)。

背景散射电子入射电子穿达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子，前者的份额远大于后者。

背散射电子反映样品表面的不同取向、不同平均原子量的区域差别，产额随原子序数的增加而增加；利用背散射电子为成像信号，可分析形貌特征，也可显示原子序数衬度而进行定性成分分析。

特征X射线入射电子和原子中的内层电子发生非弹性散射作用而损失一部分能量（几百个eV），激发内层电子发生电离，形成离子，该过程称为芯电子激发。

除了二次电子外，失去内层电子的原子处于不稳定的较高能量状态，将依一定的选择定则向能量较低的量子态跃迁，跃迁过程中发射出反映样品中元素组成信息的特征X射线，可用于材料的成分分析。

俄歇(Auger)电子如果入射电子把外层电子打进内层，原子被激发了．为释放能量而电离出次外层电子，叫俄歇电子。

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。

• 扫描电镜（SEM）• 透射电镜（TEM）• 原子力显微镜（AFM）• X射线衍射（XRD）• 元素分析（EA）显微分析技术——电子显微镜一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子的运动方向被改变，称为散射。

透射电子直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电镜(TEM)的成像和衍射二次电子 入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量（30～50eV）激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出，成为真空中的自由电子，此即二次电子。

在电场的作用下它可呈曲线运动进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。

二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌；二次电子的分辨率可达5～10nm，即为扫描电镜的分辨率。

二次电子的强度主要与样品表面形貌相关。

二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。

当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)。

背景散射电子 入射电子穿达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子，前者的份额远大于后者。

背散射电子反映样品表面的不同取向、不同平均原子量的区域差别，产额随原子序数的增加而增加；利用背散射电子为成像信号，可分析形貌特征，也可显示原子序数衬度而进行定性成分分析。

特征X射线入射电子和原子中的层电子发生非弹性散射作用而损失一部分能量（几百个eV），激发层电子发生电离，形成离子，该过程称为芯电子激发。

除了二次电子外，失去层电子的原子处于不稳定的较高能量状态，将依一定的选择定则向能量较低的量子态跃迁，跃迁过程中发射出反映样品中元素组成信息的特征X射线，可用于材料的成分分析。

俄歇(Auger)电子如果入射电子把外层电子打进层，原子被激发了．为释放能量而电离出次外层电子，叫俄歇电子。

扫描电镜的基本结构和工作原理教材扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察物质表面形貌和成分的高分辨率显微镜。

相比传统光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍率和更好的分辨率，能够观察到更细微的细节。

一、基本结构扫描电镜主要由电子枪、电子透镜系统、样品台、探测器和显示器等组成。

1. 电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，负责产生高能电子束。

电子枪由热阴极和阳极组成，热阴极通过加热产生热电子，经过加速电场加速后形成电子束。

2. 电子透镜系统：电子透镜系统由多个透镜组成，用于控制电子束的聚焦和聚束。

电子束经过电子透镜系统后，能够形成较小的束斑并具有较高的聚焦度，从而提高分辨率。

3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台，通常由金属材料制成。

样品台上的样品通过调整样品台的位置和角度，可以在电子束下进行观察。

4. 探测器：探测器是用来接收经过样品表面反射或散射的电子信号，并将其转化为图像信号。

常见的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器等。

5. 显示器：显示器用于显示扫描电镜观察到的图像，将电子信号转化为可见的图像。

二、工作原理扫描电镜的工作原理基于电子和物质的相互作用。

当高能电子束照射到样品表面时，会与样品中的原子和电子发生相互作用，产生各种信号。

1. 二次电子信号：当电子束照射到样品表面时，会激发样品表面的原子和电子，使其发射出较低能量的二次电子。

二次电子信号的强度与样品表面形貌和成分有关，通过探测器接收并放大二次电子信号，可以得到样品表面形貌的图像。

2. 反射电子信号：部分电子束会被样品表面反射回来，形成反射电子信号。

反射电子信号的强度与样品表面的原子排列和晶体结构有关，通过探测器接收反射电子信号，可以得到样品的晶体结构信息。

3. 辐射光谱：当电子束与样品表面相互作用时，还会产生X射线、荧光和透射电子等辐射。

通过分析这些辐射信号，可以获取样品的元素成分和化学状态等信息。

扫描电镜测试相关知识点总结扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束扫描物体表面并获取显微图像的仪器。

相比于传统光学显微镜，扫描电镜可以提供更高的分辨率和放大倍率，可以观察到更为详细的细节结构。

以下是与扫描电镜测试相关的一些知识点总结：1.SEM的工作原理：扫描电镜利用电子枪产生的高速电子束照射样品表面，样品与电子束发生相互作用后产生的不同信号被探测器接收并转化为电信号，进而生成二维或三维显微图像。

2.SEM的分辨率：扫描电镜的分辨率受到电子束的精细程度、样品的尺寸和形状、探测器的性能等因素的影响。

一般情况下，扫描电镜的分辨率可达到亚纳米级别。

3.SEM的样品制备：由于扫描电镜对样品的表面必须是导电性的，并且要求样品表面干净，因此在进行SEM观察前需要对样品进行适当的处理。

常见的制备方法包括金属喷镀、碳喷镀、薄层沉积、低温冷冻破碎等。

4.SEM观察模式：扫描电镜观察样品时可采用不同的观察模式，包括二次电子显微镜（SEI）模式和反射电子显微镜（BEI）模式。

SEI模式观察到的图像反映了样品表面的形貌特征，而BEI模式则主要反映了样品的晶体结构信息。

5.SEM的探测器：SEM内常配备有不同类型的探测器，常见的有二次电子探测器（SE）和反射电子探测器（BSE）。

SE探测器主要用于观察样品表面形貌特征，BSE探测器则用于获得样品的元素分布和晶体结构信息。

6.SEM的配套设备：SEM通常还配备有能量散射谱仪（EDS）和电子背散射衍射仪（EBSD）等附属设备。

EDS可用于分析样品中不同元素的含量和分布情况，而EBSD则可用于分析样品的晶体取向和晶界性质。

7.SEM在材料科学领域的应用：扫描电镜在材料科学领域广泛应用于材料的微观表征和分析。

通过SEM可以观察到材料的孔隙结构、晶格形貌、晶粒尺寸和形态、裂纹和缺陷等细节结构信息，为材料设计和性能优化提供重要参考。

扫描电镜经典总结(总14页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除• 扫描电镜（SEM）• 透射电镜（TEM）• 原子力显微镜（AFM）• X射线衍射（XRD）• 元素分析（EA）显微分析技术——电子显微镜一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子的运动方向被改变，称为散射。

透射电子直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电镜(TEM)的成像和衍射二次电子 入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量（30～50eV）激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出，成为真空中的自由电子，此即二次电子。

在电场的作用下它可呈曲线运动进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。

二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌；二次电子的分辨率可达5～10nm，即为扫描电镜的分辨率。

二次电子的强度主要与样品表面形貌相关。

二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。

当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)。

背景散射电子 入射电子穿达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子，前者的份额远大于后者。

背散射电子反映样品表面的不同取向、不同平均原子量的区域差别，产额随原子序数的增加而增加；利用背散射电子为成像信号，可分析形貌特征，也可显示原子序数衬度而进行定性成分分析。

特征X射线入射电子和原子中的内层电子发生非弹性散射作用而损失一部分能量（几百个eV），激发内层电子发生电离，形成离子，该过程称为芯电子激发。

除了二次电子外，失去内层电子的原子处于不稳定的较高能量状态，将依一定的选择定则向能量较低的量子态跃迁，跃迁过程中发射出反映样品中元素组成信息的特征X射线，可用于材料的成分分析。