《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）电子探针分析

电子探针 SEM成分分析器

1 电子探针 ——SEM成分分析器

电子探针(Electron Probe Microanalysis-EPMA)的 主要功能是进行微区成分分析。它是在电子光学和X射 线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。 ·其原理是：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品 元素的特征X射线，分析特征X射线的波长（或能量）可 知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。 ·其烧筒都分构遣和SEM相同，检测部分使用X射线缮仪， 用耒检测X射线的特红彼长（彼缮仪)和特红能量（能 缮仪)，以此对微区进行化学成分分析

• 电子探针（Electron Probe Microanalysis-EPMA）的 主要功能是进行微区成分分析。它是在电子光学和X射 线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。 • 其原理是：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品 元素的特征X射线，分析特征X射线的波长（或能量）可 知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。 • 其镜筒部分构造和SEM相同，检测部分使用X射线谱仪， 用来检测X射线的特征波长（波谱仪）和特征能量（能 谱仪），以此对微区进行化学成分分析

JXA-8530F电子探针外观图 IXA-8530F SUPERPROBF 器 黑T7 外观紧凑、整洁

JXA-8530F电子探针外观图 外观紧凑、整洁

JXA-8530F电子探针外观图 HYPERPROBE

JXA-8530F电子探针外观图

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EPMA和SEM的E别 1、共同点：均可以得到二次电子像(SEI,背散射电子像(BSEI ,用于寻找分析区域。 电子探针的束流（指打在样品表面的电流）要比扫描电镜大几 个数量级，造成电子探针的空间分辨率差，二次电子和背散射电 子分辨率差，如果要求不高电子探针可以当作扫描来用。 一般而言，电子探针的二次电子像分辨率为5~6nm,低于 扫描电镜的2~3m的二次电子像分辨率。 6

6 EPMA和SEM的区别 1、共同点：均可以得到二次电子像(SEI)，背散射电子像(BSEI) ，用于寻找分析区域。 电子探针的束流(指打在样品表面的电流)要比扫描电镜大几 个数量级，造成电子探针的空间分辨率差，二次电子和背散射电 子分辨率差，如果要求不高电子探针可以当作扫描来用。 一般而言，电子探针的二次电子像分辨率为 5 ～ 6 nm，低于 扫描电镜的 2 ～ 3 nm 的二次电子像分辨率

EPMA和SEM的E别 2、不同：EPMA的WDS具有更低的检出限，可以分析痕量元 素，且超轻元素(sB~,F)定量分析准确度远高于SEM上的EDS。 X射线波谱仪检测到的成分含量下限为0.01%，高于扫描电镜 上所配置的能谱仪的检测下限0.1%一个数量级，且在分析中使 用与材料基体成分相近的标准参考物质作为定量修正的基础，所 以电子探针所使用的波谱仪的微区分析的定量分析能力远高于扫 描电镜上使用的能谱仪。 扫描电镜和电子探针从原理上讲是一样的，但是扫描电镜主要是 做形貌观察，电子探针主要是做微区成分，用WDS分析元素。扫 描电镜也可做微区成分，不过一般都用EDS,虽然很快，但是精 度差。电子探针的分析电流和分析元素范围都要比扫描电镜宽

7 2、不同：EPMA 的 WDS 具有更低的检出限，可以分析痕量元 素，且超轻元素( 5B ～ 9F) 定量分析准确度远高于SEM 上的 EDS。 X 射线波谱仪检测到的成分含量下限为 0. 01% ，高于扫描电镜 上所配置的能谱仪的检测下限 0. 1% 一个数量级，且在分析中使 用与材料基体成分相近的标准参考物质作为定量修正的基础，所 以电子探针所使用的波谱仪的微区分析的定量分析能力远高于扫 描电镜上使用的能谱仪。 扫描电镜和电子探针从原理上讲是一样的，但是扫描电镜主要是 做形貌观察，电子探针主要是做微区成分，用WDS分析元素。扫 描电镜也可做微区成分，不过一般都用EDS，虽然很快，但是精 度差。电子探针的分析电流和分析元素范围都要比扫描电镜宽。 EPMA和SEM的区别

EPMA和SEM的&别 3、电子探针用的是波谱分析，扫描电镜用能谱分析。 电子探针用来做波谱成分分析是由于它的电子束要比一般 扫描电镜稳定的多的缘故，通过提高硬体结构的强度和在镜筒 高端使用离子泵，SEPM的真空可以达到E-O07TORR,要比SEM 的E-O05TORR强的多，因此电子束也稳定的多，而波谱分析需 要极稳定的电子束，大而稳定的束流，所以一般的$EM不配备 波谱议。所以SEPM是较SEM高端的产品，但是使用范围要较 SEM小。 EPMA的侧重点在成分，而非形貌观测。现在的EPMA为了 方便，一般也配个能谱，能谱速度快，可以做一般的常量元素。 8

8 3、电子探针用的是波谱分析，扫描电镜用能谱分析。 电子探针用来做波谱成分分析是由于它的电子束要比一般 扫描电镜 稳定的多的缘故，通过提高硬体结构的强度和在镜筒 高端使用离子泵，SEPM的真空可以达到E-007TORR，要比SEM 的E-005TORR强的多，因此电子束也稳定的多， 而波谱分析需 要极稳定的电子束， 大而稳定的束流，所以一般的SEM 不配备 波谱议。所以SEPM是较SEM 高端的产品，但是使用范围要较 SEM小。 EPMA的侧重点在成分，而非形貌观测。 现在的EPMA为了 方便，一般也配个能谱, 能谱速度快, 可以做一般的常量元素。 EPMA和SEM的区别

EPMA的主要腾点 a)显微结构的分析； b)元素分析范围广，几乎做到全元素的分析；5B-92U c)定量分析准确度高，能做痕量元素、轻元素及 有重叠峰存在时的分析； d)不损坏样品，分析速度快： e)用途广泛。被广泛用于治金、地质、矿物、生物、医学、 和考古等领域。 9

9 EPMA的主要特点 a)显微结构的分析； b)元素分析范围广，几乎做到全元素的分析；5B-92U c)定量分析准确度高，能做“痕量”元素、轻元素及 有重叠峰存在时的分析； d)不损坏样品，分析速度快； e)用途广泛。被广泛用于冶金、地质、矿物、生物、医学、 和考古等领域

EPMA的主要应用 1、材料学中的应用 ·断口观察镀层表面形貌分析和深度检测 ·微区化学成分分析 相平衡图的制定 ·显微组织及超微尺寸材料的研究 2、微电子中的应用 焊点，电路板中微量元素的偏析定量研究，开焊原因分析，需定量分析偏析 富集元素 3、地质、矿物方面的应用 通常化学分析可以有效地确定矿物中特定的元素成分，X射线衍射可以定性 和定量地给出矿物的晶体结构方面的信息。但是它们都不能解决一个根本问 题，即这些元素在一块矿石中的微观分布？一些贵金属和稀有金属是否在某 些特定的地质结构中富集？某些矿物是否和其他的矿物共生？电子探针可以 解决这些问题。 10

10 EPMA的主要应用 1、材料学中的应用 •断口观察镀层表面形貌分析和深度检测 •微区化学成分分析 •相平衡图的制定 •显微组织及超微尺寸材料的研究 2、微电子中的应用 焊点，电路板中微量元素的偏析定量研究，开焊原因分析，需定量分析偏析 富集元素 3、地质、矿物方面的应用 通常化学分析可以有效地确定矿物中特定的元素成分，X 射线衍射可以定性 和定量地给出矿物的晶体结构方面的信息。但是它们都不能解决一个根本问 题，即这些元素在一块矿石中的微观分布？一些贵金属和稀有金属是否在某 些特定的地质结构中富集？某些矿物是否和其他的矿物共生？电子探针可以 解决这些问题