掃描電鏡sem課件

1、請問掃描電鏡的成像原理是什麼？

掃描電鏡從原理上講就是利用聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，激發出各種物理信息。通過對這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察。

當一束極細的高能入射電子轟擊掃描樣品表面時，被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特徵x射線和連續譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時可產生電子-空穴對、晶格振動（聲子)、電子振盪（等離子體）。

(1)掃描電鏡sem課件擴展資料：

成像原理：

1、光學顯微鏡

光學顯微鏡主要由目鏡、物鏡、載物台和反光鏡組成。目鏡和物鏡都是凸透鏡，焦距不同。物鏡的凸透鏡焦距小於目鏡的凸透鏡的焦距。物鏡相當於投影儀的鏡頭，物體通過物鏡成倒立、放大的實像。目鏡相當於普通的放大鏡，該實像又通過目鏡成正立、放大的虛像。

經顯微鏡到人眼的物體都成倒立放大的虛像。反光鏡用來反射，照亮被觀察的物體。反光鏡一般有兩個反射面：一個是平面鏡，在光線較強時使用；一個是凹面鏡，在光線較弱時使用，可會聚光線。

2、電子顯微鏡

電子顯微鏡是根據電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀器。

電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點的最小間距來表示。20世紀70年代，透射式電子顯微鏡的解析度約為0.3納米(人眼的分辨本領約為0.1毫米)。

現在電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，而光學顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。

2、如何獲得清晰的掃描電鏡（SEM）圖像

1、制樣：成功制備出所要觀察的位置，樣品如果不導電，可能需要鍍金
2、環境：電鏡處在無振動干擾和無磁場干擾的環境下
3、設備：電鏡電子槍仍在合理的使用時間內
4、拍攝：找到拍攝位置，選擇合適距離，選擇合適探頭→對中→調像散→聚焦，反復操作至最清晰

3、掃描電鏡

掃描電子顯微鏡(SEM)是1965年以後才迅速發展起來的新型電子儀器。其主要特點可歸納為：①儀器解析度高；②儀器的放大倍數范圍大，一般可達15～180000倍，並在此范圍內連續可調；③圖像景深大，富有立體感；④樣品制備簡單，可不破壞樣品；⑤在SEM上裝上必要的專用附件——能譜儀(EDX)，以實現一機多用，在觀察形貌像的同時，還可對樣品的微區進行成分分析。

一、掃描電子顯微鏡(SEM)的基本結構及原理

掃描電鏡基本上是由電子光學系統、信號接收處理顯示系統、供電系統、真空系統等四部分組成。圖13-2-1是它的前兩部分結構原理方框圖。電子光學部分只有起聚焦作用的匯聚透鏡，它們的作用是用信號收受處理顯示系統來完成的。

圖13-2-1 SEM的基本結構示意圖

在掃描電鏡中，電子槍發射出來的電子束，經3個電磁透鏡聚焦，成直徑為20 μm～25 Å的電子束。置於末級透鏡上部的掃描線圈能使電子束在試樣表面上做光柵狀掃描。試樣在電子束作用下，激發出各種信號，信號的強度取決於試樣表面的形貌、受激區域的成分和晶體取向。試樣附近的探測器把激發出的電子信號接受下來，經信號處理放大系統後，輸送到陰極射線管(顯像管)的柵極以調制顯像管的亮度。由於顯像管中的電子束和鏡筒中的電子束是同步掃描的，顯像管亮度是由試樣激發出的電子信號強度來調制的，由試樣表面任一點所收集來的信號強度與顯像管屏上相應點亮度一一對應，因此試樣狀態不同，相應的亮度也必然不同。由此，得到的像一定是試樣形貌的反映。若在試樣斜上方安置的波譜儀和能譜儀，收集特徵X射線的波長和能量，則可做成分分析。

值得注意的是，入射電子束在試樣表面上是逐點掃描的，像是逐點記錄的，因此試樣各點所激發出來的各種信號都可選錄出來，並可同時在相鄰的幾個顯像管上或X—Y記錄儀上顯示出來，這給試樣綜合分析帶來極大的方便。

二、高能電子束與樣品的相互作用

並從樣品中激發出各種信息。對於寶石工作者，最常用的是二次電子、背散射電子和特徵X射線。上述信息產生的機理各異，採用不同的檢測器，選擇性地接收某一信息就能對樣品進行成分分析(特徵X射線)或形貌觀察(二次電子和背散射電子)。這些信息主要有以下的特徵：

1.二次電子(SE)

從距樣品表面100 Å左右的深度范圍內激發的低能量電子(一般為0～50 eV左右)發生非彈性碰撞。二次電子像是SEM中應用最廣、解析度最高的一種圖像，成像原理亦有一定的代表性。高能入射電子束(一般為10～35 keV)由掃描線圈磁場的控制，在樣品表面上按一定的時間、空間順序作光柵式掃描，而從試樣中激發出二次電子。被激發出的二次電子經二次電子收集極、閃爍體、光導管、光電倍增管以及視頻放大器，放大成足夠強的電信號，用以調制顯像管的亮度。由於入射電子束在樣品上的掃描和顯像管的電子束在熒光屏上的掃描用同一個掃描發生器調制，這就保證了樣品上任一物點與熒光屏上任一「像點」在時間與空間上一一對應；同時，二次電子激發量隨試樣表面凹凸程度的變化而變化，所以，顯像管熒光屏上顯現的是一幅明暗程度不同的反映樣品表面形貌的二次電子像。由於二次電子具有低的能量，為了收集到足夠強的信息，二次電子檢測器的收集必須處於正電位(一般為+250 V )，在這個正電位的作用下，試樣表面向各個方向發射的二次電子都被拉向收集極(圖13-2-2a)，這就使二次電子像成為無影像，觀察起來更真實、更直觀、更有立體感。

2.背散射電子(BE)

從距樣品表面0.1～1 μm的深度范圍內散射回來的入射電子，其能量近似等於原入射電子的能量發生彈性碰撞。背散射電子像的成像過程幾乎與二次電子像相同，只不過是採用不同的探測器接收不同的信息而已，如圖13-2-2所示。

圖13-2-2 二次電子圖像和背散射電子圖像的照明效果

(據S.Kimoto，1972)

a：二次電子檢測方法；a′：二次電子圖像的照明效果；b：背散射電子檢測方法；b′：背散射電子圖像的照明效果

3.特徵X射線

樣品中被激發了的元素特徵X射線釋放出來(發射深度在0.5～5μm范圍內)。而要對樣品進行微區的元素的成分分析，則需藉助於被激發的特徵X射線。這就是通常所謂的「電子探針分析」，又通常把測定特徵X射線波長的方法叫波長色散法(WDS)；測定特徵X射線能量的方法叫能量色散法(EDS)。掃描電子顯微鏡除了可運用於寶玉石的表面形貌外，它經常帶能譜(EDS)做成分分析。EDS主要是由高效率的鋰漂移硅半導體探測器、放大器、多道脈沖高度分析器和記錄系統組成。樣品被激發的特徵X射線，入射至鋰漂移硅半導體探測器中，使之產生電子—空穴對，然後轉換成電流脈沖，放大，經多道脈沖高度分析器按能量高低將這些脈沖分離，由這些脈沖所處的能量位置，可知試樣所含的元素的種類，由具有相應能量的脈沖數量可知該元素的相對含量。利用此方法很容易確定寶石礦物的成分。

掃描電鏡若帶有能譜(EDS)則不但可以不破壞樣品可運用於做寶玉石形貌像，而且還能快速做成分分析(如圖13-2-3，廖尚儀，2001)。因此它是鑒定和區別相似寶玉石礦物的好方法，如紅色的鎂鋁榴石，紅寶石、紅尖晶石、紅碧璽等，因為它們的成分不同，其能譜(EDS)圖也就有較大的區別。波譜(WDS)定量分析比能譜(EDS)定量分析精確，但EDS分析速度快。

圖13-2-3 藍色鉀-鈉閃石的能譜圖

三、SEM的微形貌觀察

1.樣品制備

如果選用粉狀樣，需要事先選擇好試樣台。如果是塊狀樣，最大直徑一般不超過15mm。如果單為觀察形貌像，直徑稍大一些(39mm)仍可以使用，但試樣必須導電。如果是非導電體試樣，必須在試樣表面覆蓋一層約200 Å厚度的碳或150 Å的金。

2.SEM形貌像的獲得

圖13-2-4 掃描電子顯微鏡下石英(a)和藍色閃石玉(b)的二次電子像

觀察試樣的形貌，常用二次電子像或背散射電子像。圖13-2-4是石英(a)和藍色閃石玉(鉀-鈉閃石b)的二次電子像。同時由於二次電子像具有較高的解析度和較高的放大倍數，因此，比背散射電子像更為常用。而成分分析則常採用背散射電子像。

4、掃描電鏡sem的主要原理是什麼？測試過程需要重點注意哪些操作

電鏡的原理是：電子槍發出電子束打到樣品表面，激發出二次電子、背散射電子、X-ray等特徵信號，經收集轉化為數字信號，得到相應的形貌或成分信息。
測試注意事項：
1、新人找別人幫忙測試時，
明確自己的測試內容，如何樣品前處理，測試時間，然後跟測試相關人員聯系確定能否滿足你的測試需求
2、新人自己操作測試時，
明確自己的測試內容，如何樣品前處理，測試時間，
測試時注意樣品乾燥潔凈，操作時樣品和樣品台避免撞到探頭

5、誰會看sem掃描電鏡圖

你這個是什麼樣品？

6、掃描電鏡圖片如何分析

第一、掃描電鏡照片是灰度圖像，分為二次電子像和背散射電子像，主要用於表面微觀形貌觀察或者表面元素分布觀察。
一般二次電子像主要反映樣品表面微觀形貌，基本和自然光反映的形貌一致，特殊情況需要對比分析。
背散射電子像主要反映樣品表面元素分布情況，越亮的區域，原子序數越高。
第二、看錶面形貌，電子成像，亮的區域高，暗的區域低。非常薄的薄膜，背散射電子會造成假像。導電性差時，電子積聚也會造成假像。

7、掃描電鏡的工作原理是什麼

掃描電鏡從原理上講就是利用聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，激發出各種物理信息。通過對這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察。

當一束極細的高能入射電子轟擊掃描樣品表面時，被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特徵x射線和連續譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時可產生電子-空穴對、晶格振動（聲子)、電子振盪（等離子體）。

(7)掃描電鏡sem課件擴展資料：

研發歷程：

1873 Abbe 和Helmholfz 分別提出解像力與照射光的波長成反比。奠定了顯微鏡的理論基礎。

1931德國物理學家Knoll 及Ruska 首先發展出穿透式電子顯微鏡原型機。

1938 第一部掃描電子顯微鏡由Von Ardenne 發展成功。

1959年第一台100KV電子顯微鏡 1975年第一台掃描電子顯微鏡DX3 在中國科學院科學儀器廠（現北京中科科儀技術發展有限責任公司）研發成功。

8、掃描電鏡SEM和透射電鏡TEM的區別

掃描電鏡，是觀察樣品表面的結構特徵；
透射電鏡，是觀察樣品的內部精細結構。