《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）课件2025_8-第八章 扫描电子显微镜-SEM

第八章扫描电子显微分析 第八章扫描电子显微镜(SEM) 1)成像物理信号 1.工作原理与构造 2)构造 2.像衬原理* 3)SEM主要性能 3.应用 思考：扫描电镜、透射电镜，电子探针能做哪些工 作，各自适用范围？

1 第八章 扫描电子显微分析 第八章 扫描电子显微镜（SEM） 1. 工作原理与构造 2.像衬原理* 3.应用 1）成像物理信号 2）构造 3）SEM主要性能 思考：扫描电镜、透射电镜，电子探针能做哪些工 作，各自适用范围？

比较SEM和TEM 1)从接收的成像物理信号 2)从构造角度 3)从主要性能（适用范围） 4)从样品要求和制备 厚度 原子序数 100nm 透射电镜照片(TEM)

2 1）从接收的成像物理信号 2）从构造角度 3）从主要性能（适用范围） 4）从样品要求和制备 比较SEM和TEM 厚度 原子序数 透射电镜照片(TEM)

透射电镜(TEM) 质厚衬度：非晶样品衬度的 振幅衬度 主要来源 衍射衬度：晶体样品衬度的 主要来源 相位衬度：高分辨透射电子显微像

3 衍射衬度：晶体样品衬度的 主要来源 相位衬度：高分辨透射电子显微像 质厚衬度：非晶样品衬度的 主要来源 透射电镜 (TEM)

200nm

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第八章扫描电子显微镜(SEM) 1)成像物理信号 1.工作原理与构造 2)构造 2.像衬原理* 3)SEM主要性能 3.应用 SEM的特点和工作原理 ◆1965年第一台商用SEM问世； ◆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

5 第八章 扫描电子显微镜（SEM） 1. 工作原理与构造 2.像衬原理* 3.应用 1）成像物理信号 2）构造 3）SEM主要性能 SEM的特点和工作原理 ◆ 1965年第一台商用SEM问世; ◆ 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

扫描电镜 1)成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 一定能量的电子，入 背散射电子 3)主要性能 射固体样品时，与样品 俄歌电子 特征X射线 2.像衬原理 内原子核和核外电子发 )表面形貌 2)原子序数 生弹性和非弹性散射过 吸收电手 3.应用 程，激发固体样品产生 样品 多种物理信号。 透射电子 扫描电镜 1)成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 背散射电子： 2)构造 背散射电子 3)主要性能 歌电子 特征X射线 弹性背散射电子 2.像衬原理 非弹性背散射电子 )表面形貌 2)原子序数 、吸收电子 3.应用 样品 透射电子

6 1）成像物理信号 一定能量的电子，入 射固体样品时，与样品 内原子核和核外电子发 生弹性和非弹性散射过 程，激发固体样品产生 多种物理信号。 特征X射线 扫描电镜 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用 特征X射线 背散射电子： 弹性背散射电子 非弹性背散射电子 扫描电镜 1）成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用

成分分析 扫描电镜 1)成像物理信号 e 1.原理与构造 背散射电子：o° )成像物理信号 弹性背散射电子 2)构造 非弹性背散射电子 3)主要性能 2.像衬原理 >能量高 1)表面形貌 >来自样品表层几百纳米的 2)原子序数 深度 3.应用 >与原子序数有关 扫描电镜 1)成像物理信号 1.原理与构造 )成像物理信号 2)构造 二次电子日电 背散射电子 二次电子： 3)主要性能 俄歌电子 特征X射线 (真)二次电子 2.像衬原理 1)表面形貌 和俄歇电子 2)原子序数 吸收电子 3.应用 样品 透射电子

7 e 背散射电子： 弹性背散射电子 非弹性背散射电子 Ø能量高 Ø来自样品表层几百纳米的 深度 Ø与原子序数有关 成分分析 扫描电镜 1）成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用 特征X射线 二次电子： （真）二次电子 和俄歇电子 扫描电镜 1）成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用

形貌分 扫描电镜 1)成像物理信号 析 .od 1.原理与构造 e 1)成像物理信号 (真)二次电子： 2)构造 3)主要性能 >样品核外电子 2.像衬原理 >样品表层几纳米深度 )表面形貌 2)原子序数 >能量小 3.应用 >产额与原子序数无关 Y 扫描电镜 1)成像物理信号 成分分 析 1.原理与构造 od 1)成像物理信号 2)构造 三次电子日电 背散射电子 吸收电子 3)主要性能 歌电子 束 特征X射线 2.像衬原理 原子序数衬度 )表面形貌 2)原子序数 吸收电子 样品 3.应用 透射电子

8 （真）二次电子： Ø样品核外电子 Ø样品表层几纳米深度 Ø能量小 Ø产额与原子序数无关 形貌分 析 e 扫描电镜 1）成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用 特征X射线 成分分 析 吸收电子 原子序数衬度 扫描电镜 1）成像物理信号 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用

1)成像物理信号 扫描电镜 成分分 析 1.原理与构造 )成像物理信号 二次电子 背散射电子 透射电子： 2)构造 3)主要性能 俄歇电子 特征X射线 仅取决于样品微区的成 2.像衬原理 分、厚度、晶体结构及 1)表面形貌 吸收电子 位向等。 2)原子序数 样品 3.应用 透射电子 扫描电镜 保持电平衡 1.原理与构造 1)成像物理信号 二次电子 背散射电子 in=ibti,ti。tir 2)构造 3)主要性能 俄歇电子 特征X射线 ,是入射电子强度： 2.像衬原理 6是背散射电子强度； 1)表面形貌 吸收电子 i,是二次电子强度； 2)原子序数 样品 3.应用 i是吸收电子强度； 透射电子 i,是透射电子强度

9 特征X射线 成分分 析 透射电子： 仅取决于样品微区的成 分、厚度、晶体结构及 位向等。 1）成像物理信号 扫描电镜 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用 特征X射线 保持电平衡 ip=ib+is+ia+it ip 是入射电子强度； ib 是背散射电子强度； is 是二次电子强度； ia 是吸收电子强度； it 是透射电子强度。 扫描电镜 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用

扫描电镜 1)成像物理信号 1.原理与构造 8 两边同除以ip,得 1)成像物理信号 射电子 背散射电子 +8+a+T=1 2)构造 特征X射线 3)主要性能 我歇电子 n=wp,背散射系数； 2.像衬原理 )表面形貌 吸收电子=，p,二次电子发射系数： 2)原子序数 样品 3.应用 a=i,/ip,吸收系数； 透射电子 T=iWip,透射系数。 二次电子 初次背散射电子 多次非弹性散射 单次非弹性散射 弹性散射 俄歇电子 ~50ev 电子能量 电子能谐 10

10 特征X射线 两边同除以ip，得 η+δ+a+T=1 η= ib /ip，背散射系数； δ= is/ip，二次电子发射系数； a = ia /ip，吸收系数； T = it/ip，透射系数。 1）成像物理信号 扫描电镜 1.原理与构造 1)成像物理信号 2)构造 3)主要性能 2.像衬原理 1)表面形貌 2)原子序数 3.应用 初次背散射电子 多次非弹性散射 单次非弹性散射 弹性散射 俄歇电子 二次电子 电子能量