25
(2) 信号收集和显示系统 扫描电镜应用的物理信号可分为：
1) 电子信号，包括二次电子、背散射 电子、透射电子和吸收电子。吸收电 子可直接用电流表测，其他电子信号 用电子收集器；2) 特征X射线信号， 用X射线谱仪检测；3) 可见光讯号 （阴极荧光），用可见光收集器。 26
常见的电子收集器是由闪烁体、光导管 和光电倍增管组成的部件。信号电子进入 闪烁体即引起电离，当离子和自由电子复 合后产生可见光。可见光信号通过光导管 送入光电倍增器，光信号放大，即又转化 成电流信号输出，电流信号经视频放大后 就成为调制信号。
统的作用与透射电镜的相同。
为保证电子光学系统的正常工作，对镜 筒真空度有一定要求。
要求真空度 > 1.33×10-2～1.33×10-3pa （10-4-10-5mmHg）
30
4、扫描电镜的主要性能
4
扫描电镜的成像原理，和透 射电镜大不相同，它不用什么 透镜来进行放大成像，而是象 闭路电视系统那样，逐点逐行 扫描成像。
5
6
由三极电子枪发射出来的电子 束，在加速电压作用下，经过2-3 个电子透镜聚焦后，在样品表面按 顺序逐行进行扫描，激发样品产生 各种物理信号，如二次电子、背散 射电子、吸收电子、X射线、俄歇 电子等。
管荧光屏上电子束的位置是一一对
应的。
10
• 从以上的SEM原理我们可以知道，它与TEM的主 要区别： 1） 在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的： 在扫描线圈产生的电磁场的作用下，细聚焦电子 束在样品表面扫描。 2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比 TEM低；在SEM中加速电压一般在200V 到50 kV 范围内。 3） 样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。
23
③扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，
它由扫描发生器和扫描线圈组成。它
的作用是：1) 使入射电子束在样品表
面扫描，并使阴极射线显像管电子束
在荧光屏上作同步扫描；2) 改变入射
束在样品表面的扫描振幅，从而改变
扫描像的放大倍数。
24
④ 样品室 功 能：放置样品，安装信号探测器；各种信 号的收集和相应的探测器的位置有很大关系。 样品台本身是复杂而精密的组件，能进行 平移、倾斜和转动等运动。 新式电镜的样品室是个微型试验室，带有 各种附件，可使样品在样品台上加热、冷却和 进行机械性能试验。（拉伸、疲劳）
相应的分辨率就愈高。 • 热阴极电子枪 束斑可达6nm • 六硼化镧和场发射电子枪，束斑更小
22
• ② 电磁透镜 • 功 能： 聚焦电子枪束斑，使50 m →数nm
斑点。一般有三级透镜。 • 前二者是强透镜，可把电子束光斑缩小。 • 第三个是弱透镜，具有较长的焦距，习惯
于叫物镜，其目的在于使样品和透镜之间 留有一定空间以装入各种信号探测器 • SEM中束斑越小，即成像单元越小，相应 的分辨率就愈高。
20
(1)电子光学系统
由电子枪、电磁透镜、 扫描线圈和样品室等部件 组成。它的作用是将来自 电子枪的电子束聚焦成亮 度高、直径小的入射束(直 径一般为10nm或更小)来轰 击样品，使样品产生各种 物理信号。
21
• ①电子枪 • SEM 中的电子枪与TEM中的相似，但
加速电压比tem 低 • SEM中束斑越小，即成像单元越小，
◆ 景深大; ◆ 放大倍数连续调节范围大; ◆ 分辨本领比较高；
13
◆ 样品制备非常方便 ◆ 可直接观察大块试样 ◆ 固体材料样品表面和界面分析 ◆ 适合于观察比较粗糙的表面：
材料断口和显微组织三维形态
14
15
16
17
18
3、扫描电镜的结构
19
扫描电镜由六个系统组成 (1) 电子光学系统（镜筒） (2) 信号收集系统 (3) 图像显示和记录系统 (4) 真空系统 (5) 电源系统
7
8
这些物理信号的强度随样品表 面特征而变。它们分别被相应的 收集器接受，经放大器按顺序、 成比例地放大后，送到显像管。
9
供给电子光学系统使电子束偏向的 扫描线圈的电源也是供给阴极射线 显像管的扫描线圈的电源，此电源 发出的锯齿波信号同时控制两束电 子束作同步扫描。
因此，样品上电子束的位置与显像
11
2、扫描电镜的特点
• A、电子束在样品表面扫描 • B、用于观察样品的形貌（具有立体感） • C、通过电子束激发样品的特征X射线获取
样品的成分信息。
较高的分辨率和很大的景深清晰地显示粗糙 样品的表面形貌
以多种方式给出微区成份等信息，用来观察断口 表面微观形态，分析研究断裂的原因和机理等
12
◆ EM能弥补透射电镜样品制备要求 很高的缺点;
27
这一系统的作用是将信号收集器输 出的信号成比例地转换为阴极射线显像管 电子束强度的变化，这样就在荧光屏上得 到一幅与样品扫描点产生的某一种物理讯 号成正比例的亮度变化的扫描像，同时用 照相方式记录下来，或用数字化形式存储 于计算机中。
28
29
(3)真空系统和电源系统 扫描电镜的真空系统和电源系
第五章 扫描电子显微镜和电子 探针分析
• 扫描电子显微镜（Scanning electron microscope--SEM） 是以类似电视摄影显像的方式，通过细聚焦电子束在样 品表面扫描激发出的各种物理信号来调制成像的显微分 析技术。
• SEM在60’s商品化，应用范围很广；SEM成像原理与 TEM完全不同，不用电磁透镜放大成像；新式SEM的二 次电子分辨率已达1nm以下，放大倍数可从数倍原位放 大到30万倍；景深大，可用于显微断口分析，不用复制 样品，方便；电子枪效率不断提高，使样品室增大，可 安装更多的探测器，因此，与其它仪器结合，可同位进 行多种分析，包括形貌、微区成分、晶体结构。
1965年第一台商用SEM问世
2
扫描电镜能完成：
表（界）面形貌分析；
配置各种附件，做表面成 分分析及表层晶体学位向 分析等。

5.1 扫描电子显微分析
5.1.1 工作原理及构造 1. 扫描电镜的基本原理
SEM的工作原理是利用 细聚焦电子束在样品表面逐点 扫描，与样品相互作用产行各 种物理信号，这些信号经检测 器接收、放大并转换成调制信 号，最后在荧光屏上显示反映 样品表面各种特征的图像。