扫描电镜原理及应用-中南大学研究生材料表征实践课件(徐)

FEI公司HITACHI公司JEOL公司Quanta200Quanta200FEGQuanta400Quanta400FEGQuanta400HVQuanta600Quanta650Quanta650FEGQuanta200HVSirion200Sirion400SirionNCX-450X-570X-650S-2380S3400NSU1510SU6600SU70JSM5600LVJCM5700JSM6610AJSM6510AJSM6360LVJASM-6200FJSM-6500FJSM-6700FJSM-6701FJSM-7000FJSM-7001FJSM-IT300典型机型2.扫描电镜的基本特点和工作原理各种信号成像的分辨率（单位：nm）信号二次电子背散射电子吸收电子特征X射线俄歇电子分辨率5～1050～200100～1000100～10005～102.4.1原理电子枪的热阴极（或场发射阴极）发出的电子受阳极电压（1-50kV）加热并形成笔尖状电子束其最小直径为10-50μm量级（场发射枪中为100-1000Å）。经过二或三个（电）磁透镜的作用，在样品表面会聚成一个直径可小至10-100Å的细束，也称电子探针,携带束流量为10-10-10-12A。有时根据某些工作模式的要求，束流可增至电10-8一10-9A，相应的束直径将变成0.1-1μm。在末透镜上部的扫描线圈作用下，细电子束在样品表面作光栅状扫描，即从左上方向右上方扫，扫完一行再扫其下相邻的第二行，直到扫完一幅（或帧）。如此反复运动。SpotSize1kV5kV15kV30kVWD=2mmWD=4mmWD=5mmWD=6.2mmnmpAnmpAnmpAnmpA12.50.72.331.591.52022.55.22.3181.5331.54032.7202.4712.21301.714042.8902.53102.55501.855053.13903.714003.522002220063.614004.77200593003.88500TheoreticalprobesizeinnmatWD=10mm:Spot/HT30kV5kV2kV1kV11024406121948771103409716022048220032045051704306709406370900140020007810200031004400819004500720010000TheoreticaTHEORETICALPROBESIZEINnmATWD=5mmSpot/HT30kV5kV2kV1kV17203050215365885330731201704611502403405130320450710628067011001500760015002300330081400340054007600DepthPenetration(Microns)vs.AcceleratingVoltageandAtomicNumberZSYMBOLELEMENT1KV5KV10KV20KV30KV4BeBeryllium.04.61.85.811.55CCarbon.03.41.34.28.411NaSodium.081.13.611.522.712MgMagnesium.04.62.06.312.413AlAluminum.03.41.34.28.314SiSilicon.03.51.54.79.319KPotassium.091.34.313.626.820CaCalcium.05.72.37.514.622TiTitanium.02.3.82.85.524CrChromium.01.2.51.73.424MnMaganese.01.2.51.73.426FeIron.01.2.51.63.127CoCobalt.01.1.41.42.928NiNickel.01.1.41.42.829CuCopper.01.1.51.52.930ZnZinc.01.2.61.83.632GeGermanium.02.3.82.65.138SrStrontium.04.51.75.510.740ZrZirconium.02.2.72.24.342MoMolybdenum.01.1.41.42.746PdPalladium.01.1.41.22.447AgSilver.01.1.41.42.779AuGold.01.1.3.81.62.5.2入射电子在样品中的扩散2.5.3原子序数不同时电子束与样品的相互作用-1LowZHiZ2.5.3原子序数不同时电子束与样品的相互作用-22.5.3加速电压不同时电子束与样品的相互作用-32.5.3角度不同时电子束与样品的相互作用-42.5.4二次电子成像2.5.5背散射电子成像2.5.6SE和BSE的成像比较2.5.7低电压和高电压的成像比较-1（BSE）2.5.8低电压和高电压的成像比较-2（SE）2.5.9低电压和高电压的成像比较-3（SE）一幅高质量的SEM图像应该满足三个条件:一是分辨率好,显微结构清晰可辨;二是衬度适中,图像中无论是黑区还是白区的细节都能看清楚;三是信噪比好,没有明显的雪花状噪声。其中分辨率是最重要的指标。为了获得高质量的SEM图像应做的是：像散对成像的影响discofleastconfusionmagnifiedpointsource样品是否导电对成像的影响束斑大小对成像的影响-1密度低的材料需要用较低电压成像低电压有利于凸显样品表面细节束斑大小对成像的影响-23.1形貌的观察和分析-13.1形貌的观察和分析-23.1形貌的观察和分析-33.2失效分析－13.2失效分析－2