9
4.电子计算机 5.扫描显示系统
扫描显示系统是将电子束在试样表 面和观察图像的荧光屏（CRT）进行 同步光栅扫描，把电子束与试样相互作 用产生的二次电子、背散射电子及X 射 线等信号，经过探测器及信号处理系统 后，送到CRT 显示图像或照相纪录图 像。
6. 真空系统
真空系统是保证电子枪和试样室有较高的真 空度，高真空度能减少电子的能量损失和提高灯 丝寿命，并减少了电子光路的污染。真空度一般 为0.01Pa－0.001Pa，通常用机械泵－油扩散泵 抽真空。油扩散泵的残余油蒸汽在电子束的轰击 下，会分解成碳的沉积物，影响超轻元素的定量 分析结果，特别是对碳的分析影响严重。
形貌衬度原理
背散射电子
背散射电子是指入射电子与样品相 互作用(弹性和非弹性散射 )之后，再次 逸出样品表面的高能电子，其能量接近 于入射电子能量 ( E。)。背射电子的产 额随样品的原子序数增大而增加，所以 背散射电子信号的强度与样品的化学组 成有关，即与组成样品的各元素平均原 子序数有关。
背散射电子像
2. 线分析
电子束沿一条分析线进行扫描(或试 样扫描)时，能获得元素含量变化的线 分布曲线。如果和试样形貌像(二次电 子像或背散射电子像)对照分析,能直观 地获得元素在不同相或区域内的分布。
图为 耐火材料－玻璃界面元素的变化规律，图中直线 为分析线（电子束扫描线）。研究发现，玻璃中K, Na 等 元素在界面附近的变化规律不同，K, Na离子非常容易扩散 到耐火材料内部，并进入耐火材料的玻璃相中，使耐火材 料粘度大大下降，这是引起耐火材料解体的原因之一
扫描电镜图象及衬度
二次电子像

背散射电子像
入射电子 Auger电子
背散射电子
二次电子
阴极发光 X射线
样 品
透射电子
二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样 品原子较外层电子（价带或导带电子） 电离产生的电子，称二次电子。二次电 子能量比较低，习惯上把能量小于50eV 电子统称为二次电子，仅在样品表面 5nm－10nm的深度内才能逸出表面， 这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
比
较
透射电镜一般是电子光学系统（照明 系统）、成像放大系统、电源和真空系统 三大部分组成。
1. 电子光学系统
• 电子光学系统包括 电子枪、电磁透镜、 消像散器和扫描线圈 等。其功能是产生一 定能量的电子束、足 够大的电子束流、尽 可能小的电子束直径， 产生一个稳定大倍率高（M=Ac/As）
分辨率高（d0=dmin/M总）
景深大（F≈ d0/β）
保真度好
样品制备简单
分析方法
1. 点分析
将电子探针固定在试样感兴趣的点上，进 行定性或定量分析。该方法用于显微结构的成 份分析，例如，对材料晶界、夹杂、析出相、 沉淀物、奇异相及非化学计量材料的组成等研 究。
作用：使电子束产生横向 偏转。 主要包括：用于形成光栅 状扫描的扫描系统，以及 使样品上的电子束间断性 消隐或截断的偏转系统。 可以采用横向静电场，也 可采用横向磁场。
(a)光栅扫描
(b)角光栅扫描
电子束在样品表面进行的扫描方式
8
3．信号检测放大系统

作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各 种物理信号，并进行放大。 不同的物理信号，要用不同类型的收集系统（探测 器）。 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用 闪烁计数器来进行检测。 闪烁计数器是由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。 具有低噪声、宽频带(10Hz~1MHz)、高增益(106)等 特点
3. 面分析
将电子束在试样表面扫描时，元素在 试样表面的分布能在CRT 上以亮度分 布显示出来（定性分析）。
a 背散射电子成分像 1000×图 b Mg X射线像 1000×图
扫描电镜原理及结构
1. 扫描电镜的工作原理及特点 扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似。 成像原理：利用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发出来的各种物理信号调制成像。类 似电视摄影显像的方式。
扫 描 电 镜 成 像 示 意 图
2. 扫描电镜的主要结构
主要包括有电子光学系统、扫描系 统、信号检测放大系统、图象显示和记 录系统、电源和真空系统等。
背散射电子像的形成，就是因为样品 表面上平均原子序数Z大的部位而形成较 亮的区域，产生较强的背散射电子信号； 而平均原子序数较低的部位则产生较少的 背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较 暗的区域，这样就形成原子序数衬度。
ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背 散射电子成分像，1000×
ZrO2-Al2O3-SiO2系 耐火材料的背散射 电子像。由于ZrO2 相平均原子序数远 高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色 相为斜锆石，小的 白色粒状斜锆石与 灰色莫来石混合区 为莫来石－斜锆石 共析体，基体灰色 相为莫来石。
扫描电子显微镜
引言
扫描电镜结构及原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜的主要特点及分析方法 扫描电镜结果分析示例
引
言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写 为SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM与 电子探针（ EPMA）的功能和结构基本相同，但 SEM一般不带波谱仪（ WDS）。它是用细聚焦的 电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用 产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断 口 形 貌 进 行 观 察 和 分 析 。 现 在 SEM 都 与 能 谱 （ EDS）组合，可以进行成分分析。所以， SEM 也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、 冶金、矿物、生物学等领域。
二次电子象
二次电子象是表面形貌衬度，它是利用 对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调 节信号得到的一种象衬度。因为二次电子信 号主要来处样品表层 5 － 10nm 的深度范围， 它的强度与原子序数没有明确的关系，便对 微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏 感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于 显示形貌衬度。 在扫描电镜中，二次电子 检测器一般是装在入射电子束 注 意 轴线垂直的方向上。