日立扫描电子显微镜

扫描电子显微镜的应用及其发展

1前言

扫描电子显微镜SEM(Scanning Electron Microscopy)是应用最为广泛的微观形貌观察工具。其观察结果真实可靠、变形性小、样品处理时的方便易行。其发展进步对材料的准确分析有着决定性作用。配备上X射线能量分辨装置EDS (Energy Dispersive Spectroscopy)后，就能在观察微观形貌的同时检测不同形貌特征处的元素成分差异,而背散射扫描电镜EBSD（Electron Backscattered Diffraction）也被广泛应用于物相鉴定等。

2扫描电镜的特点

形貌分析的各种技术中，扫描电镜的主要优势在于高的分辨率。现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右；有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构试样制备简单；配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析[1]。低加速电压、低真空、环境扫描电镜和电子背散射花样分析仪的使用，大大提高了扫描电子显微镜的综合、在线分析能力；试样制备简单。直接粘附在铜座上即可，必要时需蒸Au或是C。

扫描电镜也有其局限性

内蒙古工业大学材料分析方法

扫描电子显微镜

内蒙古工业大学材料分析方法

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜的成像原理和透射电子显微镜完全不同。 它不用电磁透镜放大成像，而是以类似电视摄影显像的方 式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种 物理信号来调制成像。新式扫描电子显微镜的二次电子像 的分辨率已达到3~4nm。放大倍数可从数倍放大到20万 倍左右。由于扫描电子显微镜的景深远比光学显微镜大， 可以用它进行显微断口分析。用扫描电子显微镜观察断口 时，样品不必复制，可直接进行观察，这给分析带来极大 的方便。因此，目前显微断口的分析工作大都是用扫描电 子显微镜来完成的。 目前的扫描电子显微镜不只是分析形貌像，它可以和其它 分析仪器相组合，使人们能在同一台仪器上进行形貌、微 区成分和晶体结构等多种微观结构信息的同位分析。

内蒙古工业大学材料分析方法

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由日元贷款所购置的扫描电子显微镜已于近日安 装完毕并开始使用。 仪器简介如下： 产品型号：S-3400N 制造厂家：日立公司 (HITACHI) 二次电子分辨率：3.0 nm 放大倍率：×5-×300000 附件：能谱仪、拉伸台 (2000N) 作用：主要用于各

扫描电子显微镜的应用

项目二 扫描电子显微镜的应用

I、项目简介

目前扫描电子显微镜的应用几乎渗透到各个领域，而应用最多的是冶金、矿

物、半导体材料、生物医学、物理、化学等学科。KYKY-1000B扫描电子显微镜

在电子光学、样品室、电子探测和显示系统方面集中了许多现代电镜设计中的优

点，操作容易，维护方便。通过对KYKY-1000B扫描电子显微镜的研究，掌握

和了解扫描电子显微镜的工作原理，结构及其操作，为学生今后使用这一类型设

备打下良好的基础。

[项目对象]

本项目主要面向理、工、农、林各专业。

[项目目的]

1．理解扫描电子显微镜的工作原理及其优点。

2．理解扫描电子显微镜的内部构造。

3．掌握扫描电子显微镜的基本操作。

[项目任务]

1．了解扫描电子显微镜的各个部件的功能。

2．熟练操作扫描电子显微镜，并进行样品扫描观察。

3．使用扫描电子显微镜进行样品照片拍摄。

4、冲洗、放大照片。

[项目成果要求]

对样品进行扫描并冲洗、放大样品的扫描照片。最后总结并撰写项目论文

完成该项目（论文含实验成果——扫描照片）。

扫描电子显微镜的应用

II、实验讲义

扫描电子显微镜早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的

扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所

内蒙古工业大学材料分析方法

扫描电子显微镜

内蒙古工业大学材料分析方法

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜的成像原理和透射电子显微镜完全不同。 它不用电磁透镜放大成像，而是以类似电视摄影显像的方 式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种 物理信号来调制成像。新式扫描电子显微镜的二次电子像 的分辨率已达到3~4nm。放大倍数可从数倍放大到20万 倍左右。由于扫描电子显微镜的景深远比光学显微镜大， 可以用它进行显微断口分析。用扫描电子显微镜观察断口 时，样品不必复制，可直接进行观察，这给分析带来极大 的方便。因此，目前显微断口的分析工作大都是用扫描电 子显微镜来完成的。 目前的扫描电子显微镜不只是分析形貌像，它可以和其它 分析仪器相组合，使人们能在同一台仪器上进行形貌、微 区成分和晶体结构等多种微观结构信息的同位分析。

内蒙古工业大学材料分析方法

内蒙古工业大学材料分析方法

由日元贷款所购置的扫描电子显微镜已于近日安 装完毕并开始使用。 仪器简介如下： 产品型号：S-3400N 制造厂家：日立公司 (HITACHI) 二次电子分辨率：3.0 nm 放大倍率：×5-×300000 附件：能谱仪、拉伸台 (2000N) 作用：主要用于各

sem成像原理

福建分析测试

１７１９

环境扫描电子显微镜的成像特点

郑春明，周巧琴，蔡传荣

（福州大学中心实验室，福建福州

３５０００２）

摘要环境扫描电子显微镜（ＥｓＥＭ）中所指的环境并非真正意义上的大气环境（７６０Ｔｏｒｒ），与传统扫描电子显微镜（ＳＥＭ）样品室高真空度相比，ＥｓＥＭ样品室的真空度可以很低（约达２０Ｔｏｒｒ）。ＥｓＥＭ是在传统的ｓＥＭ样品室中多一个ＧｓＥＤ探头，因此，它在传统的ＳＥＭ基础上增添了新的功能。其主要的特点是，可以观察含适量水分的样品和非导体材料样品，比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒口］、含结晶水的固体材料等。关键词环境扫描电镜；气体二次电子探头

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｉｍａｇｉｎｇｉｎｅｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｒｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ

ＺｈｅｎｇＣｈｕｎｍｉｎｇ，Ｚｈｏｕ

Ｑｉａｏｑｉｎ，ＣａｉＣｈｕａｎｒｏｎｇ

（ＣｅｎｓｅＩ。ａｔｉｏｒａｔｏｒｐ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｆｕｚｈｏｕ．

Ｆｕｊｉａｎ，

３５０００２）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｄｏｅｓｎｏｔ

ｒｅａｌｌｙｍｅａｎｔ

sem成像原理

福建分析测试

１７１９

环境扫描电子显微镜的成像特点

郑春明，周巧琴，蔡传荣

（福州大学中心实验室，福建福州

３５０００２）

摘要环境扫描电子显微镜（ＥｓＥＭ）中所指的环境并非真正意义上的大气环境（７６０Ｔｏｒｒ），与传统扫描电子显微镜（ＳＥＭ）样品室高真空度相比，ＥｓＥＭ样品室的真空度可以很低（约达２０Ｔｏｒｒ）。ＥｓＥＭ是在传统的ｓＥＭ样品室中多一个ＧｓＥＤ探头，因此，它在传统的ＳＥＭ基础上增添了新的功能。其主要的特点是，可以观察含适量水分的样品和非导体材料样品，比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒口］、含结晶水的固体材料等。关键词环境扫描电镜；气体二次电子探头

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｉｍａｇｉｎｇｉｎｅｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｒｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ

ＺｈｅｎｇＣｈｕｎｍｉｎｇ，Ｚｈｏｕ

Ｑｉａｏｑｉｎ，ＣａｉＣｈｕａｎｒｏｎｇ

（ＣｅｎｓｅＩ。ａｔｉｏｒａｔｏｒｐ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｆｕｚｈｏｕ．

Ｆｕｊｉａｎ，

３５０００２）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｄｏｅｓｎｏｔ

ｒｅａｌｌｙｍｅａｎｔ

扫描电子显微镜与能谱仪

扫描电子显微镜与能谱仪

扫描电子显微镜与能谱仪

扫描电子显微镜与能谱仪

第一节扫描电镜的分类及应用 扫描电镜的分类

各种扫描电镜的用途

扫描电子显微镜与能谱仪

1.1 扫描电镜的分类

常规扫描电镜（SEM）

环境扫描电镜（ESEM）

场发射扫描电镜（FE-SM）

扫描隧道显微镜（STM）

扫描透射电镜（STEM）

扫描探针显微镜（SPM）

原子力显微镜（AFM）

分析型电镜（与能谱，红外等设备联用）¾¾¾¾¾¾¾¾

扫描电子显微镜与能谱仪

1.2 应用

在化工，造纸，皮革，医药，机械等领域的应用

电镜如何与各领域更好的结合

扫描电子显微镜与能谱仪

第二节电镜及能谱仪的构造及工作原理 电子束与固体样品作用时产生的信号 电镜的工作原理

电镜的构造

主要性能

与能谱仪联用

扫描电子显微镜与能谱仪

2.1 电子束与固体样品作用时产生的信号

扫描电子显微镜与能谱仪

2.2 电镜工作原理

扫描电子显微镜与能谱仪

2.3 构造

电子光学系统

信号收集及显示系统

真空系统和电源系统

扫描电子显微镜与能谱仪

分辨率

景深2.4 电镜主要性能

扫描电子显微镜与能谱仪

2.5能谱仪（EDS）

能谱仪，全

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。3

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。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

电子显镜的现微与展望状电子微显镜(简电称，E镜M经)过五十 年多发展已成的现代科学技为中术不可缺少 重要的具。我工的国电显子学微也 有了长的进展。足子显电微镜的创者制鲁斯卡 E.R(uka)教s因而授获了得186年9诺 贝奖尔的理奖物 。

电与子质相互物作会用产生透射子，电性弹散射子电，能 量损失子电二，电次，子反背射电子吸收，电子，X射，线俄 电歇，子阴极光和电发动力等。电等显子微镜是就利这些用信息来 试样进行形貌观察、成分对析和结构测定的。分电子 显微有镜多类很，型要有主射透子显微电(简称镜透射电镜， EM)和扫描T子电微镜 显(称简描扫镜电S,EM两大类) 。扫透射电描子微镜显(简扫描透射电镜，STEM称)兼则两 有的性者能。为进一步了表征器的特仪，点有以加电速区压 的分，:如超高(压MV1和中)电压(20等—0500kV)透电射镜、低 电压(1~V)扫描电镜；有k电以枪类子区型的，如场发 分枪电射镜；以用有途区分的，高如分辨镜电，分电镜、析 能选量择镜电、生物电、环境镜电镜原、位镜电、长C测D-扫描 镜；电以激有发信息的命的名，如电子针探射线微X区分 析(简仪称电探子针EP,AM等。)

半 个多纪世以来子显微电学奋的目标主 斗是要求

中南大学

第六章 扫描电子显微镜材料科学与工程学院 艾 延 龄 E-mail: ylai@

第一节 电子束与固体样品相互作用背散射电子 俄歇电子 当高能电子束轰击 样品表面时，由于入 特征X射线 二次电子 射电子束与样品间的 阴极荧光 相互作用， 99 %以上 吸收电子 试样 的入射电子能量将转 变成热能，其余约 1 nA 束感生效应 %的入射电子能量， 将从样品中激发出各 透射电子 种有用的信息，它们 包括： 电子束与固体样品作用时产生 的信号

1、背散射电子

是指被固体样品原子反弹回来的一部分入 射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹 性背散射电子。它来自样品表层几百纳米 的深度范围，其能量很高，弹性背散射电 子能量近似于入射电子能量。背散射电子 产额随原子序数的增加而增加，不仅能用 作形貌分析，也可用来显示原子序数衬度， 定性地用作成份分析。

2、二次电子

二次电子是被入射电子轰击出来并离开样品表面 的核外电子，它来自于样品于距表面5~10nm深度 范围，能量为0~50eV(往往只有几个电子伏特)。 二次电子对样品表面形貌十分敏感，因此非常适 合于表面形貌分析。产额与原子序数之间没有明 显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析。

3、吸收电子

入射