第5章 掃描電子顯微鏡講稿-haishan-wenbin

1、1第五章第五章掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡5.1掃描電子顯微鏡簡介掃描電子顯微鏡簡介掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，簡稱SEM）是透射電鏡之后發(fā)展起來的一種電子顯微鏡。1952年，英國工程師lesOatley制造出了第一臺掃描電子顯微鏡(SEM)。掃描電子顯微鏡的成像原理和光學顯微鏡或透射電子顯微鏡不同，它是以電子束作為照明源，把聚焦得很細的電子束以光柵狀掃描方式照射到樣品上，產(chǎn)生各種與樣品性質(zhì)有關(guān)

2、的信息，然后加以收集和處理從而獲得微觀形貌放大像。掃描電鏡在斷口失效分析、材料微觀組織形貌觀察及成分分析方面發(fā)揮了重要作用。正因如此，根據(jù)不同需求，可制造出功能配置不同的掃描電子顯微鏡。掃描電鏡的特點掃描電鏡的特點（1）分辨本領(lǐng)較高。二次電子像分辨本領(lǐng)可達1.0nm(場發(fā)射)3.0nm(鎢燈絲)；（2）放大倍數(shù)變化范圍大（從幾倍到幾十萬倍），且連續(xù)可調(diào)；（3）圖像景深大，富有立體感?？芍苯佑^察起伏較大的粗糙表面（如金屬和陶瓷的斷口等）；

3、（4）樣品制備簡單。只要將塊狀或粉末的、導電的或不導電的樣品不加處理或稍加處理，就可直接放到掃描電子顯微鏡中進行觀察；一般來說，比透射電子顯微鏡（TEM）的制樣簡單，且可使圖像更近于樣品的真實狀態(tài)；（5）觀察掃描形貌圖像的同時，可對樣品微區(qū)進行元素分析。掃描電子顯微鏡裝上波長色散X射線譜儀（WDX）或能量色散X射線譜儀（EDX）后，在觀察掃描樣品形貌的同時，可對樣品微區(qū)進行元素分析和結(jié)晶學分析。5.2掃描電子顯微鏡的物理學基礎(chǔ)掃描電子顯

4、微鏡的物理學基礎(chǔ)掃描電鏡的成像信息來自電子與物質(zhì)的相互作用電子與物質(zhì)之間的相互作用很多種比如入射電子和原子核的相互作用，入射電子與原子中核外電子的相互作用，入射電子和晶格的相互作用，入射電子與晶體中電子云的相互作用等等，掃描電子顯微鏡的成像信息來自于入射電子與原子核外電子之間的相互作用。當一束入射電子束投射到樣品上的時候，由于受到樣品的晶格位場和原子庫侖場的作用，其入射方向會發(fā)生改變，一部分電子束會被樣品散射。如果在散射過程中入射電子只

5、改變方向，但其總動能基本上無變化，則這種散射成為彈性散射；如果在散射過程中入射電子的方向和動能都發(fā)生改變，則這種散射稱3會迅速填補內(nèi)層電子空位，使原子降低能量，趨于較穩(wěn)定的狀態(tài)。在此過程中有△E個能量釋放出來：?chcpE???若這一能量以X射線形式放出，此時X射線的波長為：Ech???式中，h為普朗克常數(shù)，c為光速。對于每一元素，△E有確定的特征值，所以發(fā)射的X射線波長也有特征值，這種X射線稱為特征X射線。X射線的波長和原子序數(shù)之間服

6、從莫塞萊定律：2)Z(k????式中Z為原子序數(shù)，k、σ為常數(shù)?？梢钥闯?，原子序數(shù)和特征能量之間是有對應關(guān)系的，利用這一對應關(guān)系可以進行成分分析。如果用X射線探測器測到了樣品微區(qū)中存在某一特征波長，就可以判定該微區(qū)中存在的相應元素。5.2.4俄歇電子俄歇電子在電子躍遷的過程中，如果過剩的能量不是以X射線的形式放出去，而是把這部分能量傳遞給同層（或者外層）的另一個電子，并使之發(fā)射出去，該電子即為俄歇電子。俄歇電子的特點俄歇電子的特點（1）

7、俄歇電子的能量較低，50~1500eV。（2）每種元素都具有各自特征的俄歇電子能量。（3）在能檢測到的能量范圍內(nèi)，對于Z=3~14的元素，最突出的俄歇效應是由KLL躍遷，對Z=14~40的元素是LMM躍遷，對Z=40~79的元素是MNN躍遷。（4）俄歇電子的平均自由程很?。?nm左右），而在較深區(qū)域產(chǎn)生的俄歇電子，在向表面運動時，必然會因碰撞而損失能量，使之失去了具有特征能量的特點。而只有表面1nm左右范圍內(nèi)逸出的俄歇電子才具有分析意義