第五章1 扫描电子显微镜

第五章 扫描电子显微镜和电子 探针分析

扫描电子显微镜(Scanning electron microscope--SEM) 是以类似电视摄影显像的方式，通过细聚焦电子束在样 品表面扫描激发出的各种物理信号来调制成像的显微分 析技术。 SEM在60’s商品化，应用范围很广；SEM成像原理与 TEM完全不同，不用电磁透镜放大成像；新式SEM的二 次电子分辨率已达1nm以下，放大倍数可从数倍原位放 大到30万倍；景深大，可用于显微断口分析，不用复制 样品，方便；电子枪效率不断提高，使样品室增大，可 安装更多的探测器，因此，与其它仪器结合，可同位进 行多种分析，包括形貌、微区成分、晶体结构。 1965年第一台商用SEM问世2

扫描电镜能完成：

表(界)面形貌分析； 配置各种附件，做表面成 分分析及表层晶体学位向 分析等。3

5.1 扫描电子显微分析5.1.1 工作原理及构造1. 扫描电镜的基本原理SEM的工作原理是利用 细聚焦电子束在样品表面逐点 扫描，与样品相互作用产行各 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。4

扫描电镜的成像原理，和透 射电镜大不相同，它不用什么 透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行 扫描成像。5

由三极电子枪发射出来的电子 束，在加速电压作用下，经过2-3

个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生 各种物理信号，如二次电子、背散

射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。7

这些物理信号的强度随样品表 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。

供给电子光学系统使电子束偏向的 扫描线圈的电源也是供给阴极射线 显像管的扫描线圈的电源，此电源 发出的锯齿波信号同时控制两束电 子束作同步扫描。 因此，样品上电子束的位置与显像 管荧光屏上电子束的位置是一一对 应的。10

从以上的SEM原理我们可以知道，它与TEM的主 要区别： 1) 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的： 在扫描线圈产生的电磁场的作用下，细聚焦电子 束在样品表面扫描。 2)由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比 TEM低；在SEM中加速电压一般在200V 到50 kV 范围内。 3) 样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。

2、扫描电镜的特点 A、电子束在样品表面扫描 B、用于观察样品的形貌(具有立体感) C、通过电子束激发样品的特征X射线获取 样品的成分信息。 较高的分辨率和很大的景深清晰地显示粗糙 样品的表面形貌 以多种方式给出微区

成份等信息，用来观察断口 表面微观形态，分析研究断裂的原因和机理等12

◆ SEM能弥补透射电镜样品制备要求

很高的缺点;◆ 景深大; ◆ 放大倍数连续调节范围大;

◆ 分辨本领比较高；13

◆ 样品制备非常方便 ◆ 可直接观察大块试样

◆ 固体材料样品表面和界面分析 ◆ 适合于观察比较粗糙的表面：材料断口和显微组织三维形态14

3、扫描电镜的结构