B掃描電鏡的基本原理與應(yīng)用

日立S-3000N鎢燈絲掃描電鏡

原理與應(yīng)用電鏡應(yīng)用工程師程路2011年4月26日現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日內(nèi)容提要一、掃描電鏡的分類簡(jiǎn)介二、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理三、日立S-3000N掃描電鏡的操作基礎(chǔ)四、日立S-3000N掃描電鏡的參數(shù)條件設(shè)定現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的區(qū)別1、掃描電鏡的分類簡(jiǎn)介現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日各種顯微鏡的比較1、掃描電鏡的分類簡(jiǎn)介現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日電子顯微鏡的分類1、掃描電鏡的分類簡(jiǎn)介電子顯微鏡掃描電鏡SEM掃描透射電鏡STEM透射電鏡TEM臺(tái)式電鏡鎢燈絲掃描電鏡場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡120KV200KV300KV超高壓透射冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日臺(tái)式電鏡的特點(diǎn)1、掃描電子顯微鏡SEM—臺(tái)式電鏡1、2005日立公司開創(chuàng)性的推出了外觀小巧的臺(tái)式掃描電鏡。2、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，配置低真空模式可直接觀察不導(dǎo)電樣品。3、比光學(xué)顯微鏡獲得更好的大景深圖像。4、放大倍數(shù)最大倍率可到3萬倍。現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日臺(tái)式掃描電鏡直接觀察不導(dǎo)電樣品樣品：紅薯倍率：X800沒有噴鍍1、掃描電子顯微鏡SEM—臺(tái)式電鏡現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日日立SU-1510日立S-3400N日立TM-3000日立S-3700N直徑300mm高度110mm直徑200mm高度80mm直徑150mm高度60mm直徑70mm高度50mm日立S-3000N1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡電子槍樣品倉(cāng)物鏡可動(dòng)光闌顯示器軌跡球旋鈕板現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡Cu粉X1500@15KVCu粉X20000@15KV二次電子信號(hào)形貌細(xì)節(jié)表現(xiàn)好，適合觀察表面形貌。通常鎢燈絲掃描電鏡的分辨率在30KV的加速電壓下二次電子信號(hào)為3nm,而背散射電子信號(hào)為4nm。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—鎢燈絲掃描電鏡鎢燈絲掃描電鏡相比場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分辨率較低，但對(duì)電子槍真空度要求不高，可以裝配成超大樣品倉(cāng)滿足特殊觀察需要。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡ZrO/W(100)

加速電源

引出電源加熱電源第一陽(yáng)極

第二陽(yáng)極抑制屏蔽閃爍電源W(310)鎢單晶發(fā)射體第一陽(yáng)極

第二陽(yáng)極引出電源加速電源場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡是采用場(chǎng)效應(yīng)原理發(fā)射電子束，根據(jù)燈絲是否需要加熱的區(qū)別，分為熱場(chǎng)發(fā)射和冷場(chǎng)發(fā)射兩種，它們的燈絲材質(zhì)和工作原理有所不同。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡肖特基FE冷場(chǎng)發(fā)射FE陰極溫度1800Ｋ室溫能量范圍0.8eV以下0.2eV以下電子源大小15–30nm5nm以下輝度5x108A/cm2sr2x109A/cm2sr探針電流20nA以上2nA左右束流穩(wěn)定性無需FLASH需要FLASH燈絲壽命1.5年左右2年以上針對(duì)高分辨觀察針對(duì)分析熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的優(yōu)勢(shì)在于燈絲發(fā)射束流值大且束流穩(wěn)定度高，更適合于金屬、無機(jī)材料類等的元素和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用；而冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的極限分辨率更高，適合于高分辨率觀察，特別在非導(dǎo)電樣品的低加速電壓高分辨觀察中有明顯優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的擴(kuò)展功能豐富，可以接EDX/WDX/EDSD/CL等分析附件，另外樣品倉(cāng)可以設(shè)置為低真空模式?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡方位面分布（ND）ImageQulity(IQ)樣品：樹脂里的Cu布線加速電壓：２０ｋV真空度：20Pa熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的EDSD（電子背散射衍射儀）分析結(jié)果，可以獲得材料的晶粒取向信息?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的電子束色差小，亮度高，因此能夠獲得更高的分辨率圖像，在低加速電壓條件下的分辨率優(yōu)勢(shì)更加明顯，目前世界上商業(yè)化掃描電鏡分辨率最高能達(dá)到0.4nm。樣品加速電壓放大倍率:白金蒸著粒子:30kV:80萬倍（0.4nm）現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡高端冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡在低加速電壓條件下也可以獲得高分辨率圖像，可以避免不耐電子束輻照的樣品在觀察中受到損傷，獲得樣品真實(shí)的表面形貌。樣品：高分子膜X100K加速電壓：100V加速電壓：800V現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日1、掃描電子顯微鏡SEM—場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡掃描電鏡使用低加速電壓可以有效降低不導(dǎo)電樣品的放電現(xiàn)象，使得絕大多少不導(dǎo)電樣品無需噴金就可觀察高倍圖像，避免了噴金過程對(duì)樣品表面細(xì)節(jié)的掩蓋。樣品：分子篩電壓0.8KV放大倍率：130K放大倍率：300K現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日日立S-3000N的儀器外觀2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理電子槍樣品倉(cāng)物鏡可動(dòng)光闌顯示器軌跡球旋鈕板現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日掃描電鏡的通常結(jié)構(gòu)示意圖聚光器偏轉(zhuǎn)線圈物鏡樣品室真空泵二次電子

檢測(cè)器增幅器偏轉(zhuǎn)增幅器電子束偏轉(zhuǎn)線圈監(jiān)視器

真空泵樣品電子槍二次電子2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理鎢燈絲第二聚光鏡第一聚光鏡物鏡可動(dòng)光闌物鏡日立S-3000N的電子槍結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理柵極（韋氏帽）燈絲（陰極）a2b2M2=b2/a2a1b1M1=b1/a1a3b3M3=b3/a3交叉斑(d0)陽(yáng)極電子束聚光鏡光闌樣品1st聚光鏡2nd

聚光鏡物鏡活動(dòng)光闌物鏡束斑尺寸(d)d=d0?M1?M2?M3

電子光學(xué)光路圖現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日入射電子束在樣品中激發(fā)出的各種信號(hào)電子散射區(qū)域二次電子(樣品的表面信息)入射電子束樣品特征X射線(元素信息)背散射電子(凹凸/成份信息)10nm以內(nèi)

(二次電子逸出深度)熒光(化學(xué)結(jié)合狀態(tài)信息)樣品吸收電流俄歇電子（表層的元素信息）2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理10010,0001能量(eV)(入射電子能量:10,000eV)SEBSE產(chǎn)額樣品激發(fā)出來的電子束能量幅度現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理鎢燈絲掃描電鏡的成像信號(hào)通常包括二次電子信號(hào)和背散射電子信號(hào)，加配能譜儀等附件可以做元素的定性定量分析。樣品：磨料中間的夾雜物X1000二次電子像背散射電子像現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理放大倍數(shù)的計(jì)算方法現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理低真空條件觀察1、低真空的優(yōu)勢(shì)

可以直接觀察非導(dǎo)電樣品（無需噴鍍等樣品處理）

可以減緩少量含水、含油樣品的揮發(fā)速度

可以對(duì)不導(dǎo)電樣品不噴鍍進(jìn)行EDX分析2、低真空的圖像類型低真空背散射電子像低真空二次電子像（選配）現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期日2、日立S-3000N掃描電鏡的基本原理低真空消除荷電原理樣品倉(cāng)氣壓平均自由程10-3