电子显微镜

一、 实验目的

1、了解并掌握电子显微镜的基本原理；

2、初步学会使用电子显微镜，并能够利用电子显微镜进行基本的材料表面分析。

二、 实验仪器

透射电镜一是由电子光学系统（照明系统）、成像放大系统、电源和真空系统三大部分组成。

本实验用S—4800冷场发射扫描电子显微镜。

实验原理

电子显微镜有两类：扫描电子显微镜、透射电子显微镜，该实验主要研究前者。

（一）扫描电子显微镜（SEM）

由电子枪发射的电子束，经会聚镜、物镜聚焦后，在样品表面形成一定能量和极细的（最小直径可以达到1-10nm）电子束。在扫描线圈磁场的作用下，作用在样品表面上的电子束将按一定时间、空间顺序作光栅扫描。电子束从样品中激发出来的二次电子，由二次电子收集极，经加速极加速至闪烁体，转变成光信号，此信号经光导管到达光电倍增管再转变成电信号。该电信号经视屏放大器放大，输送到显像管栅极，调制显像管亮度，使之在屏幕上呈现出亮暗程度不同的反映表面起伏的二次电子像。由于电子束在样品表面上的扫描和显像管中电子束在荧屏上的扫描由同一扫描电路控制，这就保证了它们之间完

全同步，即保证了“物点”和“像点”在时间和空间上的一一对应。

扫描电镜的工作原理如图1。

图1 扫描电镜的工作原理

? 高能电子束轰击样品表面时，由于电子和样品的相互作用，产生很多信息，如图2所示，主要有以下信息：

图2 电子束与样品表面作用产生的信息示意图

1、二次电子：二次电子是指入射电子束从样品表面10nm左右深度激发出的低能电子(＜50eV)。二次电子的产额主要与样品表面的起伏状况有关，当电子束垂直照射表面，二次电子的量最少。因此二次电子象主要反映样品的表面形貌特征。

2、背散射电子象：背散射电子是指被样品散射回来的入射电子，能量接近入射电子能量。背散射电子的产额与样品中元素的原子序数有关，原子序数越大，背散射电子发射量越多(因散射能力强)，因此背散射电子象兼具样品表面平均原子序数分布（也包括形貌）特征。

3、X射线显微分析：入射电子束激发样品时，不同元素的受激，发射出不同波长的特征X射线，其波长λ与元素原子序数Z有以下关系（即莫斯莱公式）：ν=hc/λ=K(Z-σ)2

? SEM主要特点