电子显微镜的原理

透射电子显微镜的原理及应用

一．前言

人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。

图1-1（a）表示了两个点光源O、P经过会聚透镜L，在平面上形成像O，、P，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二……亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O、P靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O，、P，间距等于案例版半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时的光点距离d称为分辨本领，可表示如下：

sin61.0dn （1-1）

式中，为光的波长，n为折射系数，孔径半角。上式表明分辨的最小距离与波长成正比。在光学显微镜的可见光的波长条件下，最大限度只能分辨2000A。。于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。后来的X射线和γ射线波长较短，但是难以会聚聚焦。

1924年德布罗（De Broglie）证明了快速粒子的辐射，并发现了一种高速运动电子，其波长为0.05A。，这比可见的绿光波长短十万倍！又过了两年布施（Busch）提出用轴对称的电场和磁场聚焦电子线。在这两个构想基础上，1931-1933年鲁斯卡（Ruska）等设计并制造了世界上第一台透射电子显微镜。经

扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）

扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观看手腕，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优势是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间持续可调；②有专门大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观看各类试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。 目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，如此能够同时进行显微组织性貌的观看和微区成份分析，因此它是现今十分有效的科学研究仪器。

电子束与固体样品的彼此作用

扫描电镜从原理上讲确实是利用聚焦得超级细的高能电子束在试样上扫描，激发出各类物理信息。通过对这些信息的同意、放大和显示成像，取得对是试样表面性貌的观看。

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如以下图所示。

电子束和固体样品表面作历时的物理现象

一、背射电子

背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部份入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。

弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量大体上没有转变（能量为数千到数万电子伏）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量转变，而且方向也发生转变。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。

从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。 背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如以下图所示。

电子束在试样中的散射示用意

背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一样为50-200nm（与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），因此，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特点，也能够用来显示原子序数衬度，定性进行成份分析。 二、 二次电子

课程报告

题目：扫描电子显微镜原理及发展综述

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提交时间： 扫描电子显微镜原理及发展综述

I 摘要

扫描电子显微镜作为一种有效的显微结构分析仪器，可以对各种材料进行多种形式的表面的观察与分析。它具有分辨率高、景深长、成像富有立体感等优点。利用扫描电镜的图像研究法分析显微结构，其内容丰富、方法直观。随着现代生活对新型材料的需求不断增长，扫描电子显微镜技术在新型材料学科领域中的应用也日益广泛。本文主要介绍扫描电子显微镜的工作原理、结构特点以及发展应用情况，并对当前扫描电镜发展方向进行总结与评析。

关键字：扫描电子显微镜，工作原理，SEM结构组成，应用,发展方向

扫描电子显微镜原理及发展综述

II 目录

第一章 前言 ......................................................................................................................................................... 1

1.1 显微镜的分类 ....................................................................................................................................... 1

1.2 扫描电子显微镜的性能及基本分析技术 ........................................................................................... 1

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一．前言

人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。

图1-1（a）表示了两个点光源O、P经过会聚透镜L，在平面上形成像O，、P，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二……亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O、P靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O，、P，间距等于案例版半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时的光点距离d称为分辨本领，可表示如下：

sin61.0dn （1-1）

式中，为光的波长，n为折射系数，孔径半角。上式表明分辨的最小距离与波长成正比。在光学显微镜的可见光的波长条件下，最大限度只能分辨2000A。。于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。后来的X.word格式,

, 专业.专注 . 射线和γ射线波长较短，但是难以会聚聚焦。