1. 掃描電鏡設備技術參數及測試注意事項-火狐全站通用

            發表日期:2021/08/27 瀏覽次數:
            掃描電鏡(SEM)是介於透射電鏡和光學顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段,可直接利用樣品表面材料的物質性能進行微觀成像。
            掃描電鏡

            掃描電鏡的優點:


            (1) 可以觀察直徑爲0 ~ 30mm的大塊試樣(在半導體工業可以觀察更大直徑),制樣方法簡單。因此它是當今十分重要的科學研究儀器之一。

            (2) 場深大、三百倍於光學顯微鏡。適用於粗糙表面和斷口的分析觀察;圖像富有立體感、真實感、易於識別和解釋。

            (3) 放大倍數變化範圍大。一般爲 15 ~ 200000 倍,對於多相、多組成的非均勻材料便於低倍下的普查和高倍下的觀察分析。

            (4) 具有相當高的分辨率,一般爲 3.5 ~ 6nm。

            (5) 可以通過電子學方法有效地控制和改善圖像的質量。如通過調製可改善圖像反差的寬容度,使圖像各部分亮暗適中。採用雙放大倍數裝置或圖像選擇器,可在熒光屏上同時觀察不同放大倍數的圖像或不同形式的圖像。

            (6) 可進行多種功能的分析。與 X 射線譜儀配接,可在觀察形貌的同時進行微區成分分析;配有光學顯微鏡和單色儀等附件時,可觀察陰極熒光圖像和進行陰極熒光光譜分析等。

            影響掃描電鏡的要素:


            1、分辨率  
            影響掃描電鏡的分辨本領的主要因素有:
            A. 入射電子束束斑直徑:爲掃描電鏡分辨本領的極限。一般,熱陰極電子槍的最小束斑直徑可縮小到6nm,場發射電子槍可使束斑直徑小於3nm。

            B. 入射電子束在樣品中的擴展效應:擴散程度取決於入射束電子能量和樣品原子序數的高低。入射束能量越高,樣品原子序數越小,則電子束作用體積越大,產生信號的區域隨電子束的擴散而增大,從而降低了分辨率。

            C.  成像方式及所用的調製信號:當以二次電子爲調製信號時,由於其能量低(小於50 eV),平均自由程短(10~100  nm左右),只有在表層50~100 nm的深度範圍內的二次電子才能逸出樣品表面, 發生散射次數很有限,基本未向側向擴展,因此,二次電子像分辨率約等於束斑直徑。

            當以背散射電子爲調製信號時,由於背散射電子能量比較高,穿透能力強,可從樣品中較深的區域逸出(約爲有效作用深度的30%左右)。在此深度範圍,入射電子已有了相當寬的側向擴展,所以背散射電子像分辨率要比二次電子像低,一般在500~2000nm左右。

            2、 放大倍數 
            掃描電鏡的放大倍數可表示爲
            M =Ac/As
            式中,Ac—熒光屏上圖像的邊長;As—電子束在樣品上的掃描振幅。一般地,Ac 是固定的(通常爲100 mm),則可通過改變As  來改變放大倍數。

            目前,大多數掃描電鏡放大倍數爲20~20,000倍,介於光學顯微鏡和透射電鏡之間,即掃描電鏡彌補了光學顯微鏡和透射電鏡放大倍數的空擋。
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            3、景深   
            景深是指焦點前後的一個距離範圍,該範圍內所有物點所成的圖像符合分辨率要求,可以成清晰的圖像;也即,景深是可以被看清的距離範圍。

            掃描電子顯微鏡的景深比透射電子顯微鏡大10倍,比光學顯微鏡大幾百倍。由於圖像景深大,所得掃描電子像富有立體感。電子束的景深取決於臨界分辨本領d0和電子束入射半角αc。

            其中,臨界分辨本領與放大倍數有關,因人眼的分辨本領約爲0.2 mm, 放大後,要使人感覺物像清晰,必須使電子束的分辨率高於臨界分辨率d0  :電子束的入射角可通過改變光闌尺寸和工作距離來調整,用小尺寸的光闌和大的工作距離可獲得小的入射電子角。

            4、 襯度  
            包括:表面形貌襯度和原子序數襯度。表面形貌襯度由試樣表面的不平整性引起。原子序數襯度指掃描電子束入射試祥時產生的背散射電子、吸收電子、X射線,對微區內原子序數的差異相當敏感。

            原子序數越大,圖像越亮。二次電子受原子序數的影響較小。高分子中各組分之間的平均原子序數差別不大;所以只有—些特殊的高分子多相體系才能利用這種襯度成像。


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