SEM-扫描电子显微镜简介

➢1926年，德国科学家Garbor和Busch发现用铁壳封闭的铜线圈对 电子流能折射聚焦，即可以作为电子束的透镜。
➢1935年，Knoll提出了扫描电镜的设计思想并制成了扫描电镜的 原始模型。
➢1942年，剑桥大学的马伦成功地制造世界第一台扫描电镜。
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SEM的发展历程（2）
➢1960年，Everhart 和 Thornley 发明二次电子侦测器。 ➢1965年，第一部商用SEM出现（Cambridge）。 ➢1958年，在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台
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入射电子束与样品的作用
背散射电子 (形貌·成份)
特征X线 (元素)
萤光 (化学结合状态)
入射电子束 (0.2～30kV)
二次电子(试样的表面形貌) 俄歇电子（元素）
吸收电子
试样
透射电子
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1、背散射电子
•背散射电子是被固体样品中的原子反弹 回来的一部分入射电子。 •弹性背散射电于是指被样品中原子核反 弹回来的，散射角大于90度的那些入射 电子，其能量没有损失。 •非弹性背散射电子是入射电子和样品核 外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅 方向改变，能量也不同程度的损失。如 果逸出样品表面，就形成非弹性背散射 电子。 •可进行微区成分定性分析
五、SEM样品制备
样品制备特点： 1.可以观察大尺度的样品，从毫米到厘米尺寸的样品都可以观察 2.成块样品不用制成超薄切片，样品制备方法要简单得多 3.特别适合于细胞表面和组织表面特征信息的研究
样品制备准则： 1.尽可能保持样品本来的形貌和结构 2.在样品的干燥过程尽可能减少样品变形 3. 样品表面应有良好导电性能和二次电子发射率
平表面的细微结构； ➢试样制备简单，且可使图像更近于试样的真实状态； ➢配有X射线能谱仪（EDS）装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观
察和微区元素成分分析。 ➢装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察处于不同环境（加热、冷
却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。
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电子的收集和成像原理
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三、SEM的特点
➢高分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及， 现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右；
➢放大倍数变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调； ➢有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不
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SEM样品制备技术
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六、SEM的应用
1 无机材料制备工程
2 材料和冶金工业
3
晶体生长
4 生物材料观察
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SEM在无机材料制备上的应用
0.88PMN-0.12PT透明陶瓷的断面SEM照片
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SEM在材料和冶金工业的应用
•应用范围很广，包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚 度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的 结构与蚀损分析等等。
中型电镜。 ➢1975年，中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型
扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。
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二、SEM结构与工作原理
JSM-6700F场发射扫描电镜
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SEM结构
由五个系统组成： (1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统 (3)信号收集和图像显示系统 (4)真空系统 (5)电源系统
2、二次电子
• 二次电子是指在入射电子束作用下被 轰击出来并离开样品表面的样品的核 外层电子。
• 二次电子的能量较低，一般都不超过 50 ev。大多数二次电子只带有几个电 子伏的能量。
• 二次电子一般都是在表层5-10 nm深度 范围内发射出来的，它对样品的表面 形貌十分敏感，因此，能非常有效地 显示样品的表面形貌。
扫描电镜 SEM
(Scanning Electron Microscope)
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目录：
1.SEM的发展历程 2.SEM的结构与工作原理 3.SEM的特点 4.SEM的样品制备
5.SEM的应用
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一、SEM的发展历程（1）
➢1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会 发射一定波长的电磁辐射。
• 不能进行微区成分分析
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电子的收集和成像原理
电子枪发射的电子束 经过2-3个电磁透镜聚焦
在样品表面按顺序逐行 扫描，激发样品产生各种物理信 号:二次电子、背散射电子、吸 收电子等。
信号强度随样品表面特征而变。 它们分别被相应的收集器接受， 经放大器按顺序、成比例地放 大后，送到显像管。
材料拉伸测试
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SEM观察生物样本
独居蜂幼虫
撒克逊黄蜂的颚齿
哥布林蜘蛛
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谢谢观看
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SEM的工作原理概述
♦ SEM是以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（Energy Dispersive Spectrdmeter）组合，可以进行成分分析。 ♦ SEM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。