11
背散射电子(backscattering electron)
➢ 背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括 弹性背散射电子和非弹性背散射电子。
➢ 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的 那些入射电子，其能量基本无变化（几到几十KeV）。
➢ 非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅 能量变化，而且方向也发生变化。能量范围很宽，从数十eV到数千eV。
7
物理信号
➢ 背散射电子 ➢ 二次电子 ➢ 俄歇电子 ➢ X-射线光量子 ➢ 光子 ➢ 发热 ➢ (样品电流)
2020/3/22
8
二次电子(secondary electron)
➢ 二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。 ➢ 由于原子核和外层价电子间的结合能很小，因此外层的
电子比较容易和原子脱离。当原子的核外电子从入射电 子获得了大于相应的结合能的能量后，可离开原子而变 成自由电子。
➢ 1938年，德国工程师 Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界 上第一台透射电子显 微镜(TEM)。
Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-1988)
• 电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9nm)。 可以用来观察很多在可见光下看不见的物体，例 如病毒。
2020/3/22
4
SEM的发展
➢ 1952年，英国工程 师Charles Oatley 制造出了第一台扫 描电子显微镜(SEM) 。
Charles Oatley
电子显微镜下的蚊子
2020/3/22
5
SEM的发展
➢ 到1955年扫描电镜的研究才取得较显著的突破，成像质量有 明显提高，并在1959年制成了第一台分辨率为10nm的扫描电 镜。
➢ 从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多。 背散射电子的产生范围在样品的100nm-1m m深度，能量在几十～几千eV。
2020/3/22
12
背散射电子(backscattering electron)
➢ 背散射电子成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直 径相当）。
➢ 背散射电子及二次电子的产额随原子序数的增加而增加， 但二次电子增加的不明显。而背散射电子作为成像信号 不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度， 定性地成分分析。
主要内容
1
SEM的发展简史
2
SEM的基本结构与原理
3
SEM的主要性能
4
SEM的衬度形成原理
5
能谱仪
2020/3/22
1
D的原理
1
SEM的发展简史
2020/3/22
2
扫描电子显微镜
SEM SEM
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, 简称SEM）是继透射电镜（TEM）之后发展起来 的一种电子显微镜
2020/3/22
13
背散射电子(backscattering electron)
➢ 原子序数高的元素，背散射能力强。 ➢ 因此不同的物质相也具有不同的背散射能力，用背散射
电子的测量亦可以大致的确定材料中物质相态的差别。 ➢ 背散射电子像亦称为成分像。
2020/3/22
14
特征X射线 (characteristic X-ray)
➢ 目前扫描电镜的发展方向是采用场发射枪的高分辨扫描电镜 和可变气压的环境扫描电镜（也称可变压扫描电镜）。目前 的高分辨扫描电镜可以达到1～2 nm，目前，最好的高分辨 扫描电镜可在气压为4000 Pa时仍保持2nm的分辨率。
2020/3/22
6
样品制备要求及问题
2 SEM的基本结构与原理
2020/3/22
2020/3/22
15
特征X射线 (characteristic X-ray)
具体说来，如在高能入 射电子作用下使K层电子逸 出，原子就处于K激发态， 具有能量EK。当一个L2层电 子填补K层空位后，原于体 系由K激发态变成L2激发态， 能量从EK降为EL2，这时就有 E＝(EK-EL2)的能量释放出 来。
成像原理和光学显微镜或透射电子显微镜不同，它是以 电子束作为照明源，把聚焦得很细的电子束以光栅状扫 描方式照射到试样上，产生各种与试样性质有关的信息 ，然后加以收集和处理从而获得微观形貌放大像。
SEM
扫描电镜在断口失效分析、材料微观组织形貌 观察及成分分析方面发挥了重要作用。
2020/3/22
3
SEM的发展
➢ 特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁 过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐 射。
➢ 入射电子与核外电子作用，产生非弹性散射，外层电子 脱离原子变成二次电子，使原于处于能量较高的激发状 态，它是一种不稳定态。较外层的电子会迅速填补内层 电子空位，使原子降低能量，趋于较稳定的状态。
➢ 第一台商业制造的扫描电镜是Cambridge Scientific Instruments公司在1965年制造的MarkⅠ“Steroscan”。将 场发射电子枪用于扫描电镜，使得分辨率大大提高。
➢ 1978年做出了第一台具有可变气压的商业制造的扫描电镜， 到1987年样品腔的气压已可达到2700 Pa。
2020/3/22
10
二次电子(secondary electron)
➢ 二次电子对试样表面状态 非常敏感，能有效地显示 试样表面的微观形貌。
➢ 扫描电子显微镜的分辨率 通常就是二次电子分辨率。
➢ 因此一般所说的电子显微 镜照片即是指收集到的二 次电子信号转化成的图象， 简称形貌像。
2020/3/22
➢ 如果这种散射过程发生在比较接近样品表层，那些能量 尚大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成 真空中的自由电子，即二次电子。
➢ 一个能量很高的入射电子射入样品时，可以产生许多自 由电子，而在样品表面上方检测到的二次电子绝大部分 来自价电子。
2020/3/22
9
二次电子(secondary electron)
➢ 二次电子来自表面50-500 Å的区域，能量为0-50 eV， 多数能量在2—3eV。
➢ 由于它发自试样表面层，入射电子还没有较多次散射， 因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没多 大区别。所以二次电子的分辨率较高，一般可达到50100 Å。
➢ 二次电于产额随原于序数的变化不明显，它主要决定 于表面形貌。