《材料研究方法 Solid State Physics》课程教学资源（讲义）扫描电子显微技术

扫描电子显微技术

扫描电子显微技术

◆该设备可用来表征样品的哪些特性？ ◆了解该设备的简单工作原理

◆ 该设备可用来表征样品的哪些特性？ ◆ 了解该设备的简单工作原理

electron gun electron beam anode SEM对材料表面形 貌的表征 magnetic lens backscattered electron detector secondary electron detector specimen stage 2012 Encyclopaedia Britannica,Inc 昆虫

SEM对材料表面形 貌的表征 昆虫

扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样件表面激发各种物理信号， 如二次电子、背散射电子等，通过相应的检测器来检测这些信号，信号 的强度与样品表面形貌有一定的对应关系，因此，可将其转换为视频信 号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。 SEM工作图 SEM用来表征样品的形貌！

扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样件表面激发各种物理信号， 如二次电子、背散射电子等，通过相应的检测器来检测这些信号，信号 的强度与样品表面形貌有一定的对应关系，因此，可将其转换为视频信 号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。 SEM工作图 SEM用来表征样品的形貌！

重要参数之一：分辨率 >分辨率：刚刚能清楚地分开两个物点的最短距 离。这个距离越小，分辨率越高 >人眼分辨率：指正常照明条件下，肉眼可分辨 出两个物点的最短距离。一般认为250mm明 视距离上人眼分辨率为0.1mm。 >为了提高分辨率，必须借助光学放大系统。使 用10倍的放大镜，人眼可辨0.01mm细节

重要参数之一：分辨率 ➢分辨率：刚刚能清楚地分开两个物点的最短距 离。这个距离越小，分辨率越高 ➢人眼分辨率：指正常照明条件下，肉眼可分辨 出两个物点的最短距离。一般认为250mm明 视距离上人眼分辨率为0.1mm。 ➢为了提高分辨率，必须借助光学放大系统。使 用10倍的放大镜，人眼可辨0.01mm细节

有效放大倍率 >利用显微镜系统把细节放大，以满足人眼分 辨率可接受的程度，该放大率称为有效放大 倍率Me: Me=△re/△ro 仪器放大倍率与分辨率关系 △r。人眼分辨率 △ro 仪器分辨率 >如果二次电子像的分辨率为1nm,即在照片 上用眼睛清晰地辨别间距为1nm的两点，则至 少要放大10万倍(0.1mm除以1nm)

有效放大倍率 ➢利用显微镜系统把细节放大，以满足人眼分 辨率可接受的程度，该放大率称为有效放大 倍率Me： 仪器放大倍率与分辨率关系 人眼分辨率 仪器分辨率 ➢如果二次电子像的分辨率为1nm，即在照片 上用眼睛清晰地辨别间距为1nm的两点，则至 少要放大10万倍（0.1mm除以1nm）

光学波长下的分辨率 。物面 中心亮班半径Rg为： 0.61 物镜 Ro= -·M n·sin 光学透镜分辨率△ro: 像面 △r0=M 分辨率 越小越 0.61入 好！ △r0= n·sin (A) (b) 光学透镜分辨率取决于照明光 波长 图1-2光衍射对图像清晰度的影响 ()理想物点成像为一个弥散斑： (b)两个相距较远的物点A和A,弥散斑的中心强度没有重叠： 利用波长2=390nm至 ()两个邻近物点A,和A,弥散斑重叠，当叠加强度下降约20%， 760nm可见光成像时，.分辨 仍可分辨出A3和A为两个点，这已是分辨极限。 率Ar0=200nm,这是光学显 微镜的分辨率限度

中心亮斑半径R0为： 光学透镜分辨率Δr₀： 光学透镜分辨率取决于照明光 波长 利用波长 λ=390nm至 760nm可见光成像时，分辨 率Δr₀=200nm，这是光学显 微镜的分辨率限度。 光学波长下的分辨率 分辨率 越小越 好！

electron gun Microscope Configuration Eyepiece Analyzer electron beam anode Retn Frame (Compensator) magnetic lens Rotating Stage backscattered Polarizer electron detector Koos secondary electron detector Bas Figure 1 specimen stage 光学显微镜 2012 Encyclopaedia Britannica,Inc. SEM的源不是光源， 而是电子源！

SEM的源不是光源， 而是电子源！ 光学显微镜

电子波 加速电压与电子束波长的关系 1.225 入= √E0(1+0.9788×10-6E) 加速电压越高，电子束波长越短。电子波长大约为可见光波长的十万 分之一，利用电子波替代可见光照明，可大幅度提高仪器的分辨率和 有效放大倍率，这是电镜存在的依据

电子波 加速电压越高，电子束波长越短。电子波长大约为可见光波长的十万 分之一，利用电子波替代可见光照明，可大幅度提高仪器的分辨率和 有效放大倍率，这是电镜存在的依据。 加速电压与电子束波长的关系