第三章-扫描电子显微镜文稿演示
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扫描电子显微镜ppt课件
信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系，如果 安微镜的样品室内还配有多种附 件，可使样品在样品台上能进行加热、冷却、拉伸等试验， 以便研究材料的动态组织及性能。
二、信号的收集和图像显示系 统
信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大 器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下 产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的 调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪 烁计数器来进行检测。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。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像 管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每 一点的亮度是根据样品上被激发出来的 信号强度来调制的，因此样品上各点的 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就可以在显像管上看到一幅 反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此在较深区域中产生的俄歇电子 在向表层运动时必然会因碰撞而损失能 量,使之失去了具有持征能量的特点.
二、信号的收集和图像显示系 统
信号收集和显示系统包括各种信号检测器，前置放大 器和显示装置，其作用是检测样品在入射电子作用下 产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的 调制信号，最后在荧光屏上得到反映样品表面特征的 扫描图像。
12-0引言
2、 图像景深大，富有立体感。可直接观察起 伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）
3、试样制备简单。只要将块状或粉末的、导 电的或不导电的试样不加处理或稍加处理，就 可直接放到SEM中进行观察。一般来说，用 SEM观察断口时，样品不必复制，可直接进行 观察，这给分析带来极大的方便。比透射电子 显微镜（TEM）的制样简单，且可使图像更近 于试样的真实状态。
二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪 烁计数器来进行检测。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。
二、信号的收集和图像显示系 统
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像 管中电子束是同步扫描，而荧光屏上每 一点的亮度是根据样品上被激发出来的 信号强度来调制的，因此样品上各点的 状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就可以在显像管上看到一幅 反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
俄歇电子特点:
(1)俄歇电子的能量很低，能量有特征值, 一般在50eV-1500eV范围内。
(2)俄歇电子的平均自由程很小(1nm左 右).因此在较深区域中产生的俄歇电子 在向表层运动时必然会因碰撞而损失能 量,使之失去了具有持征能量的特点.
扫描电子显微镜(SEM)-PPT课件
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 EK EL2 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
三、吸收电子 （absorption electron）
• 入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量 损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子 产生），最后被样品吸收。 • 若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表， 就可以测得样品对地的信号，这个信号是由吸收 电子提供的。 • 入射电子束与样品发生作用，若逸出表面的背散 射电子或二次电子数量任一项增加，将会引起吸 收电子相应减少，若把吸收电子信号作为调制图 像的信号，则其衬度与二次电子像和背散射电子 像的反差是互补的。
• 背散射电子是指被固体样品中的原子反弹回来的一部分入 射电子。 • 其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 • 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的散射角大 于90的那些入射电子，其能量基本上没有变化。 • 弹性背散射电子的能量为数千到数万电子伏。 • 非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹 性散射而造成的，不仅能量变化，方向也发生变化。 • 如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，这就形 成非弹性背散发固体产生的 四种电子信号强度与入射电子强度之间必然满足以下 关系： i0=ib+is+ia+it 式中：ip ib is ia it 是透射电子强度。
将上式两边同除以i0 η+δ+a+τ =1 式中：η= ib/i0 δ= is/i0，为二次电子发射系数； a = ia/i0 τ = it/i0，为透射系数。
扫描电子显微镜PPT课件
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扫描电子显微镜
引言 扫描电镜结构原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜结果分析示例 扫描电镜的主要特点
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引言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写 为 SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM 与 电子探针（EPMA）的功能和结构基本相同，但SEM 一般不带波谱仪（WDS）。它是用细聚焦的电子束 轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二 次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行 观察和分析。现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以 进行成分分析。所以，SEM也是显微结构分析的主 要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等 领域。
入射电子与试样相互作用后，能量耗尽的电子称吸收 电子。吸收电子的信号强度与背散射电子的信号强度相 反，即背散射电子的信号强度弱，则吸收电子的强度就 强，反之亦然，所以吸收电子像的衬度与背散射电子像 的衬度相反。通常吸收电子像分辨率不如背散射电子像， 一般很少用。
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各种信息的作用深度
从图中可以看出， 俄歇电子的穿透 深度最小，一般 穿透深度小于 1nm，二次电子 小于10nm。
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特征X射线能级图
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俄歇过程和俄歇电子
当一束电子﹑离子﹑光子或者其它入射源照射在固体 表层时,表层原子某一芯层K 能级上的一个电子受入射粒子 撞击后飞离该能级，原子由基态进入受激状态。 原子的退 激过程包含着下述一种非辐射过程(见图7.1)。即:由不在同 一芯层L 能级上的一个电子跃迁，去填补受激后在K 层初次 产生的空穴；多余的能量诱发能级等同或低于填补电子原 来所在L能级上的另一个电子发射。原子处于退激后的状态。 这种非辐射过程被命名为俄歇过程。退激过程发射的电子 就是俄歇电子。
第三章-扫描电子显微镜ppt课件
入射电子束在样品中的扩展效应：提高电子束能量在一 定条件下对提高分辨率不利；
成像方式及所用的调制信号：二次电子像的分辨率约等 于束斑直径（几个nm），背反射电子像的分辨率约为50200nm。X射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范 围大，所以X射线图像的分辨率远低于二次电子像和背反 射电子像。
的可供采集的信号。 随着信号的有效作用深度增加，作用区范围增加，信号产生
的空间范围也增加，信号的空间分辨率降低。
入射电子束
俄歇电子（0.4~2 nm） 二次电子 (5~10 nm) 背散射电子(100 nm~1 m)
特征X射线 连续X射线
S精E品M课件的分辨率指的是二次电 子的分辨率。
3.1 扫描电镜的工作原理（重点）
T < 295 K
T 295 K
微空洞和 夹杂物
解理面
塑性断裂
精品课件
塑性和脆性断裂同时存在
脆性断裂
8.1 断口形貌分析
共聚聚丙烯(H0)、乙烯-聚丙烯嵌段共聚物(C1-C3) 薄膜在不同温度下的断口形貌
精品课件
. Ferrer-Balas et al., Polymer 43, 3083-3091 (2002)
精品课件
三种主要信号的产生过程
弹性背散 射电子
入射电子
非弹性背 散射电子
特征X射线
精品课件
二次电子
Байду номын сангаас
其他信号
俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后，外层电 子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子 挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介绍见本书第 三篇第十三章俄歇电子能谱部分。
透射电子 :电子穿透样品的部分。用于透射电镜的明场像 和透射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的 形貌及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍 射和显微技术部分。
成像方式及所用的调制信号：二次电子像的分辨率约等 于束斑直径（几个nm），背反射电子像的分辨率约为50200nm。X射线的深度和广度都远较背反射电子的发射范 围大，所以X射线图像的分辨率远低于二次电子像和背反 射电子像。
的可供采集的信号。 随着信号的有效作用深度增加，作用区范围增加，信号产生
的空间范围也增加，信号的空间分辨率降低。
入射电子束
俄歇电子（0.4~2 nm） 二次电子 (5~10 nm) 背散射电子(100 nm~1 m)
特征X射线 连续X射线
S精E品M课件的分辨率指的是二次电 子的分辨率。
3.1 扫描电镜的工作原理（重点）
T < 295 K
T 295 K
微空洞和 夹杂物
解理面
塑性断裂
精品课件
塑性和脆性断裂同时存在
脆性断裂
8.1 断口形貌分析
共聚聚丙烯(H0)、乙烯-聚丙烯嵌段共聚物(C1-C3) 薄膜在不同温度下的断口形貌
精品课件
. Ferrer-Balas et al., Polymer 43, 3083-3091 (2002)
精品课件
三种主要信号的产生过程
弹性背散 射电子
入射电子
非弹性背 散射电子
特征X射线
精品课件
二次电子
Байду номын сангаас
其他信号
俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后，外层电 子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子 挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介绍见本书第 三篇第十三章俄歇电子能谱部分。
透射电子 :电子穿透样品的部分。用于透射电镜的明场像 和透射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的 形貌及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍 射和显微技术部分。
文档扫描电子显微学基础演示文档
36
特征X射线 Characteristic X-ray
▪ 入射电子轰击原子内 层电子；
▪ 原子内层电子被逐出 ，产生空位；
▪ 原子外层电子向内层 空位跃迁，并发射X射 线。
▪ X射线的能量（波长） 由原子种类决定。
37
X射线能谱 Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS)
35
电子的散射 Electron Scattering
▪ 二次电子：能量在50V以下，由入 射电子与试样发生非弹性散射（ inelastic scattering），试样价电子 逸出产生。
▪ 背散射电子：能量在1KV以上，由 入射电子与试样发生弹性散射（ elastic scattering），以大角度逸 出产生。
b) 色差（Chromatic aberration）：由于成像电子的能量不同而引 起的一种像差。
▪ 能量大的电子聚焦在 距透镜中心比较远的 地点，而能量较低的 电子聚焦在距透镜中 心比较近的地点。
25
像差 Aberration
c) 像散（Astigmatism）：由于透镜的磁场轴向不对称所引起的 一种像差。
14
冷场发射 Cold Field Emission
15
热场发射 Thermal Field Emission
16
肖特基场发射电子源 Schottky Field Emitter
17
电子源性能比较（Electron Source Performance Comparison）
发射器类型 阴极材料 工作温度[K] 阴极寿命 [h] 阴极半径[nm] 有效半径[nm] 发射电流密度[A/cm2] 总发射电流 [μA] 正常亮度[A/cm2.sr.kV] 最大探针电流[nA] 枪口能量扩展度[eV] 束流噪音[%] 发射电流漂移 [%/h] 工作真空[hPa] 对外界影响敏感度 阴极除气
特征X射线 Characteristic X-ray
▪ 入射电子轰击原子内 层电子；
▪ 原子内层电子被逐出 ，产生空位；
▪ 原子外层电子向内层 空位跃迁，并发射X射 线。
▪ X射线的能量（波长） 由原子种类决定。
37
X射线能谱 Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS)
35
电子的散射 Electron Scattering
▪ 二次电子：能量在50V以下，由入 射电子与试样发生非弹性散射（ inelastic scattering），试样价电子 逸出产生。
▪ 背散射电子：能量在1KV以上，由 入射电子与试样发生弹性散射（ elastic scattering），以大角度逸 出产生。
b) 色差（Chromatic aberration）：由于成像电子的能量不同而引 起的一种像差。
▪ 能量大的电子聚焦在 距透镜中心比较远的 地点，而能量较低的 电子聚焦在距透镜中 心比较近的地点。
25
像差 Aberration
c) 像散（Astigmatism）：由于透镜的磁场轴向不对称所引起的 一种像差。
14
冷场发射 Cold Field Emission
15
热场发射 Thermal Field Emission
16
肖特基场发射电子源 Schottky Field Emitter
17
电子源性能比较（Electron Source Performance Comparison）
发射器类型 阴极材料 工作温度[K] 阴极寿命 [h] 阴极半径[nm] 有效半径[nm] 发射电流密度[A/cm2] 总发射电流 [μA] 正常亮度[A/cm2.sr.kV] 最大探针电流[nA] 枪口能量扩展度[eV] 束流噪音[%] 发射电流漂移 [%/h] 工作真空[hPa] 对外界影响敏感度 阴极除气
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光栅扫描、逐点成像
光栅扫描：入射电子束在样品表面 上作光栅式逐行扫描，同时，控制 电子束的扫描线圈上的电流与荧光 屏相应偏转线圈上的电流同步。每 一个物点均对应一个像点。
逐点成像：电子束所到之处，每个 物点都会产生相应的信号（如二次 电子等），信号被接收放大后用来 调制像点的亮度，信号越强，像点 越亮。这样，就在荧光屏上得到与 样品上扫描区域相对应但经过高倍 放大的图像，客观地反映样品上的 形貌（或成分）信息。
2.3 各种信号的深度和区域大小
① 入射电子束受到样品原子的散 射作用，偏离原来方向，向外 发散。随着电子束进入样品深 度的不断增加，入射电子的分 布范围不断增大，动能不断降 低，直至动能降为零，最终形 成一个规则的作用区域。
② 对于轻元素样品，电子束散射 区域的外形 ——“梨形作用体 积”；重元素样品——“半球 形作用体积” 。
电子枪 照明透 镜系统
扫描线圈 末级透镜
样品
荧光屏 探测器 至真空泵
3.2 扫描电镜图像的放大倍数
扫描电镜图像的放大倍数定义为显像管中电子束在 荧光屏上的扫描振幅和电子光学系统中电子束在样品上 扫描振幅的比值，即：
M=L/l
式中，M：放大倍数，L：显像管的荧光屏尺寸；l：电子
束在试样上扫描距离。
4. 扫描电子显微镜的构造
背散射电子 探头
末级 透镜
光导管
法拉第网杯 （+200~+500 V） 闪烁体
光电倍增器
三种信号的探测器
X-ray Detector
Back Scatter Electron Detector
4.3 真空系统和电源系统
真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作， 防止样品污染提供高的真空度，一般情况下要求 保持 10-4-10-5 Torr（ 10-2-10-3 Pa）的真空度。
2.1 弹性散射和非弹性散射
一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于晶格 位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变的现象称 为散射。
弹性散射： 散射过程中入射电子只改变方向，其总动能基本上无变化。
弹性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、 取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的结 构。
场发射电子枪
钨灯丝
热阴极电子枪
200 m
3~5kV
六硼化镧灯丝
几十~几百kV
电子束亮度较低； 电子束直径：10 nm 束斑尺寸较大。
4.2 信号收集及显示系统
检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，经视频放大作为显 像系统的调制信号。二次电子、背散射电子通常采用闪烁计数器， 由法拉第网杯、闪烁体、光导管和光电倍增器组成。
俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后，外层电 子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子 挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介绍见本书第 三篇第十三章俄歇电子能谱部分。
透射电子 :电子穿透样品的部分。用于透射电镜的明场像 和透射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的 形貌及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍 射和显微技术部分。
非弹性散射： 散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变。在非弹性
散射情况下，入射电子会损失一部分能量，并伴有各种信息 的产生。非弹性散射电子，损失了部分能量，方向也有微小 变化。用于电子能量损失谱，提供成分和化学信息。
2.2 SEM中的三种主要信号
二次电子：被入射电子轰击出来的样品中原子的 核外电子（内层电子或价电子）。反映样品表面 的形貌特征，分辨率高。
电子光学系统 信号收集及显示系统 真空系统和电源系统
4.1 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。 用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。扫描电子束应具有较
高的亮度和尽可能小的束斑直径 —— 主要由电子枪决定。
电子枪
第一、二聚光镜 扫描线圈 物镜
样品室
电子枪发展三个阶段
试样制备简单。
配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织 形貌的观察和微区成分分析。
光学显微 VS 扫描电镜
多孔硅的光学显 微镜图像
多孔硅：可见光发光材料。
多孔硅的扫描 电镜图像
2. 电子束与固体样品作用时产生 的信号（重点）
2.1 弹性散射和非弹性散射 2.2 电子显微镜常用的信号 2.3 各种信号的深度和区域大小
第三章-扫描电子显微镜文稿演示
花蕊的柱头 茉莉花花粉
花粉 菊花花粉
第三章 扫描电子显微镜（SEM）
1. 扫描电镜的优点
2. 电子束与固体样品作用时产生的信号(重点)
3. 扫描电镜的工作原理 (重点)
4. 扫描电镜的构造
5. 扫描电镜衬度像(重点) 8. 应用举例
6. 扫描电镜的主要性能
9. SEM重点内容回顾
7. 样品制备
10. SEM演示录像
1. 扫描电镜的优点
分辨率高：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨率的 极限。场发射电子枪的应用可得到精确聚焦的电子束， 现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1 nm左右。
放大倍数高：20-20万倍之间连续可调。
景深大：视野大，成像富有立体感，可直接观察各种 试样凹凸不平表面的细微结构。比光学显微镜大几百 倍。
梨形作用体积
2.3 各种信号的深度和区域大小
③ 改变电子能量只引起 作用体积大小的变化， 而不会显著的改变形 状。
电子束能量与作用体积的关系
2.3 各种信号的深度和区域大小
有效作用区：可以产生信号的区域。 电子有效作用深度：有效作用区的最深处。 有效作用区内的信号并不一定都能逸出材料表面、成为有效
的可供采集的信号。 随着信号的有效作用深度增加，作用区范围增加，信号产生
的空间范围也增加，信号的空间分辨率降低。
入射电子束
俄歇电子（0.4~2 nm） 二次电子 (5~10 nm) 背散射电子(100 nm~1 m)
特征X射线 连续X射线
SEM的分辨率指的是二次 电子的分辨率。
3.1 扫描电镜的工作原理（重点）
背散射电子：被固体样品原子反射回来的一部分 入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射 电子。形貌特征及定性成分分析。
特征X射线：入射电子激发原子内层电子后，外层 电子跃迁至内层时发出的光子。定量成分分析。
三种主要信号的产生过程
弹性背散 射电子
入射电子
非弹性背 散射电子
特征X射线
二次电子
其他信号
光栅扫描：入射电子束在样品表面 上作光栅式逐行扫描，同时，控制 电子束的扫描线圈上的电流与荧光 屏相应偏转线圈上的电流同步。每 一个物点均对应一个像点。
逐点成像：电子束所到之处，每个 物点都会产生相应的信号（如二次 电子等），信号被接收放大后用来 调制像点的亮度，信号越强，像点 越亮。这样，就在荧光屏上得到与 样品上扫描区域相对应但经过高倍 放大的图像，客观地反映样品上的 形貌（或成分）信息。
2.3 各种信号的深度和区域大小
① 入射电子束受到样品原子的散 射作用，偏离原来方向，向外 发散。随着电子束进入样品深 度的不断增加，入射电子的分 布范围不断增大，动能不断降 低，直至动能降为零，最终形 成一个规则的作用区域。
② 对于轻元素样品，电子束散射 区域的外形 ——“梨形作用体 积”；重元素样品——“半球 形作用体积” 。
电子枪 照明透 镜系统
扫描线圈 末级透镜
样品
荧光屏 探测器 至真空泵
3.2 扫描电镜图像的放大倍数
扫描电镜图像的放大倍数定义为显像管中电子束在 荧光屏上的扫描振幅和电子光学系统中电子束在样品上 扫描振幅的比值，即：
M=L/l
式中，M：放大倍数，L：显像管的荧光屏尺寸；l：电子
束在试样上扫描距离。
4. 扫描电子显微镜的构造
背散射电子 探头
末级 透镜
光导管
法拉第网杯 （+200~+500 V） 闪烁体
光电倍增器
三种信号的探测器
X-ray Detector
Back Scatter Electron Detector
4.3 真空系统和电源系统
真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作， 防止样品污染提供高的真空度，一般情况下要求 保持 10-4-10-5 Torr（ 10-2-10-3 Pa）的真空度。
2.1 弹性散射和非弹性散射
一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于晶格 位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变的现象称 为散射。
弹性散射： 散射过程中入射电子只改变方向，其总动能基本上无变化。
弹性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、 取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的结 构。
场发射电子枪
钨灯丝
热阴极电子枪
200 m
3~5kV
六硼化镧灯丝
几十~几百kV
电子束亮度较低； 电子束直径：10 nm 束斑尺寸较大。
4.2 信号收集及显示系统
检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，经视频放大作为显 像系统的调制信号。二次电子、背散射电子通常采用闪烁计数器， 由法拉第网杯、闪烁体、光导管和光电倍增器组成。
俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后，外层电 子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子 挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子。详细的介绍见本书第 三篇第十三章俄歇电子能谱部分。
透射电子 :电子穿透样品的部分。用于透射电镜的明场像 和透射扫描电镜的扫描图像, 以揭示样品内部微观结构的 形貌及物相特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子衍 射和显微技术部分。
非弹性散射： 散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变。在非弹性
散射情况下，入射电子会损失一部分能量，并伴有各种信息 的产生。非弹性散射电子，损失了部分能量，方向也有微小 变化。用于电子能量损失谱，提供成分和化学信息。
2.2 SEM中的三种主要信号
二次电子：被入射电子轰击出来的样品中原子的 核外电子（内层电子或价电子）。反映样品表面 的形貌特征，分辨率高。
电子光学系统 信号收集及显示系统 真空系统和电源系统
4.1 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。 用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。扫描电子束应具有较
高的亮度和尽可能小的束斑直径 —— 主要由电子枪决定。
电子枪
第一、二聚光镜 扫描线圈 物镜
样品室
电子枪发展三个阶段
试样制备简单。
配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织 形貌的观察和微区成分分析。
光学显微 VS 扫描电镜
多孔硅的光学显 微镜图像
多孔硅：可见光发光材料。
多孔硅的扫描 电镜图像
2. 电子束与固体样品作用时产生 的信号（重点）
2.1 弹性散射和非弹性散射 2.2 电子显微镜常用的信号 2.3 各种信号的深度和区域大小
第三章-扫描电子显微镜文稿演示
花蕊的柱头 茉莉花花粉
花粉 菊花花粉
第三章 扫描电子显微镜（SEM）
1. 扫描电镜的优点
2. 电子束与固体样品作用时产生的信号(重点)
3. 扫描电镜的工作原理 (重点)
4. 扫描电镜的构造
5. 扫描电镜衬度像(重点) 8. 应用举例
6. 扫描电镜的主要性能
9. SEM重点内容回顾
7. 样品制备
10. SEM演示录像
1. 扫描电镜的优点
分辨率高：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨率的 极限。场发射电子枪的应用可得到精确聚焦的电子束， 现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1 nm左右。
放大倍数高：20-20万倍之间连续可调。
景深大：视野大，成像富有立体感，可直接观察各种 试样凹凸不平表面的细微结构。比光学显微镜大几百 倍。
梨形作用体积
2.3 各种信号的深度和区域大小
③ 改变电子能量只引起 作用体积大小的变化， 而不会显著的改变形 状。
电子束能量与作用体积的关系
2.3 各种信号的深度和区域大小
有效作用区：可以产生信号的区域。 电子有效作用深度：有效作用区的最深处。 有效作用区内的信号并不一定都能逸出材料表面、成为有效
的可供采集的信号。 随着信号的有效作用深度增加，作用区范围增加，信号产生
的空间范围也增加，信号的空间分辨率降低。
入射电子束
俄歇电子（0.4~2 nm） 二次电子 (5~10 nm) 背散射电子(100 nm~1 m)
特征X射线 连续X射线
SEM的分辨率指的是二次 电子的分辨率。
3.1 扫描电镜的工作原理（重点）
背散射电子：被固体样品原子反射回来的一部分 入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射 电子。形貌特征及定性成分分析。
特征X射线：入射电子激发原子内层电子后，外层 电子跃迁至内层时发出的光子。定量成分分析。
三种主要信号的产生过程
弹性背散 射电子
入射电子
非弹性背 散射电子
特征X射线
二次电子
其他信号