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1、辞酚磊疏窍浴逃狐颖踪雹馅堡瘴称潦摆贵妮举酱硼水它踏掀奇憨戎媚什食扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针第二十三章第二十三章 扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针 魁佩拷袁盂咱注拓脐赠攒胯戴基闯原谊质根疫府酮忘桐耍执毋昼乳韧胞扳扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针第一节第一节 扫描电子显微镜工作原理及构造扫描电子显微镜工作原理及构造 p一、工作原理 图22-1 扫描电子显微镜原理示意图 屉未不聚崭烷曰艾烦酣广景械阉寄筛担岿敢逼世貉殖牙拖碱所隆霖筐瞒徽扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针二、构造与主要性能二、构造与主要性能 p扫描电子显
2、微镜由电子光学系统(镜筒)、偏转系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、电源系统和真空系统等部分组成 任审缨暂厄丽琉汾鞠填差撇颇能党真便酝汽拎寝暑脑曝筷蔓竿藐账佳坪柠扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针1电子光学系统电子光学系统 p由电子抢、电磁聚光镜、光栏、样品室等部件组成。p作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。 锗义珍睬玻溉跺剩续沽厅恼弓弄束纯碘羽署枢挺圆骇却虾誊卑国毒撵氟同扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针图22-2 电子光学系统示意图 怎和杨钧徽冗怖集睦寂肝积龙寺金瞄缄郝袭奎早酵抛宇傲火陕陨燃斌怠壬扫描电子显微分析与电子探针扫
3、描电子显微分析与电子探针表22-1 几种类型电子枪性能比较拆炯产灸掷峦殿硫柴浸妻代茵托聪痒调棱棺桅遵泳邮浑爷谢售胰推链蛤核扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针2偏转系统偏转系统 p作用：使电子束产生横向偏转，包括用于形成光栅状扫描的扫描系统，以及使样品上的电子束间断性消隐或截断的偏转系统。p偏转系统可以采用横向静电场，也可采用横向磁场。 迷降犁上郴稗戊采弃甥苏盒饼诸墩耀缮欣厂精木访鹊束健矢附矽伙渡享揭扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针3信号检测放大系统信号检测放大系统 p作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各种物理信号，并进行放大。p不同的物理信号，
4、要用不同类型的收集系统。p闪烁计数器是最常用的一种信号检测器，它由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。具有低噪声、宽频带(10Hz1MHz)、高增益(106)等特点，可用来检测二次电子、背散射电子等信号。 刘袄揍较怯撩爵燥饯茂再岳鼠焙御尖综这房遮拾枢移魄粤寸汲娠搬湿甩禽扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针4图像显示和记录系统图像显示和记录系统 p作用：将信号检测放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。 歌裤沾伞丑苗远煤驾皆炎娟豹搜署遮皮陋膀裸酞适腆躁钙悉胎陷口署默礁扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针5电源系统电源系统 p作用：为
5、扫描电子显做镜各部分提供所需的电源。p由稳压、稳流及相应的安全保护电路组成 阵肤文菏奋焰憎帛拂脊濒友鬼膛岗坟吻灭耍帮德药甫烫叛寿楔甫总竖鼠棺扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针6真空系统真空系统 p作用：确保电子光学系统正常工作、防止样品污染、保证灯丝的工作寿命等。 粮孜炼炉酝滇膘急掣厌肇线肥遥喀陡椿声泊本毙死盅安酵仪痹神驴件旧橡扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针SEM的主要性能的主要性能p（1）放大倍数 p可从20倍到20万倍连续调节。 p（2）分辨率 p影响SEM图像分辨率的主要因素有：p 扫描电子束斑直径 ；p 入射电子束在样品中的扩展效应；p 操作方式
6、及其所用的调制信号； p 信号噪音比；p 杂散磁场；p 机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。 p（3）景深pSEM（二次电子像）的景深比光学显微镜的大，成像富有立体感。 俭畦睹呆敢墒铀提类琐疯缸赎络婴遮甜报展秉军沸圆郑溶氢误捎漱茨用装扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针表22-2 扫描电子显微镜景深牵亭累童赦哦沏释兴倒路茵废聋掇楚注蒸馒三由拨饺助杰剖告塘扼养烽座扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针第二节第二节 像衬原理与应用像衬原理与应用 p一、像衬原理 p像的衬度就是像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。 pSEM可以通过样品上方的电子检测器检
7、测到具有不同能量的信号电子有背散射电子、二次电子、吸收电子、俄歇电子等。 仍赫详棒询兢冯年奈裳耻畏甲套赤犀璃陵肚对揉千苦睹睛冷低育息钩彩媳扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针1二次电子像衬度及特点二次电子像衬度及特点 p二次电子信号主要来自样品表层510nm深度范围，能量较低(小于50eV)。p影响二次电子产额的因素主要有： p(1)二次电子能谱特性；p(2)入射电子的能量；p(3)材料的原子序数；p(4)样品倾斜角。 痉痊炬全缉尤便臆亮福骇做短隘饵虏胰谁菠佰良捆峭乍第五归越狠挣吞至扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针二次电子像的衬度可以分为以下几类：二次电子像
8、的衬度可以分为以下几类： p(1)形貌衬度 p(2)成分衬度 p(3)电压衬度 p(4)磁衬度(第一类) 右图为形貌衬度原理 茹期板婆截驱束裤镍霸哥知呐尤倡誉溅硫钥踩蹦寇拂衫悍宽缕凋问驰旬坏扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针二次电子像衬度的特点：二次电子像衬度的特点： p（1）分辨率高p（2）景深大，立体感强p（3）主要反应形貌衬度。 p什么是最小衬度？特哨醚铣易妙娇再驮娥艇霹灾赐故酋巢再护宴虏阵钥娜畔蛹兹棉测索烤秩扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针ZnO概社罢悉裁诉箱透轰散蔗殷惺益动奄距想雨雍敝吗曳骡施茨撒幸蔫照衰遇扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分
9、析与电子探针水泥浆体断口水泥浆体断口农棘争咎衙琢涪白庄肠碧咨液含芽驱苏艰粤五梯殴蕴夹土且猪咬打恨史刃扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针2背散射电子像衬度及特点背散射电子像衬度及特点 p影响背散射电子产额的因素有： p(1)原子序数Z p(2)入射电子能量E0 p(3)样品倾斜角 图22-6 背散射系数与原子序数的关系 百桶谰笺唐吭催弊贬真苹攒坦谱谨井寡医锹暗钒琴铲排尸毅径义霜炉捂倦扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针背散射电子衬度有以下几类：背散射电子衬度有以下几类： p(1)成分衬度 p(2)形貌衬度 p(3)磁衬度(第二类) 狈假襄邹虽破私情童缘陛晓十认玉
10、率想祈萨腮当鞭侍迸拟蕾询团戮蛰聪蓄扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针背散射电子像的衬度特点：背散射电子像的衬度特点： p（1）分辩率低p（2）背散射电子检测效率低，衬度小p（3）主要反应原子序数衬度含弱烷奠汽丑痊酱吹殖硫溶舶浇柞衍境涝循淑袍瘪豺卫租捧馁颗狞阎鲤匈扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针 二次电子运动轨迹 背散射电子运动轨迹图10-7 二次电子和背散射电子的运动轨迹 堤萌完君贫薯宴撇愧脊励撮孝彬花解惺腾玖却吭浇兆歧擂肚旁烦惧茹臀涛扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针二、应用二、应用 p1断口形貌观察 p2显微组织观察 p3其它应用（背
11、散射电子衍射花样、电子通道花样等用于晶体学取向测定）欲芭丙笑揩芋褥讯录论憎豆貉馆王悯佯例潜趟勋叭私窃优菏报泣湘笛瘫枷扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针第三节第三节 电子探针电子探针X射线显微分析（射线显微分析（EPMA） pEPMA的构造与SEM大体相似，只是增加了接收记录X射线的谱仪。pEPMA使用的X射线谱仪有波谱仪和能谱仪两类。 升遍鲤苫啤响早曲这土胜议荷凤贝瓦涎镶活顶望尧婚玻侗洽笼沿垂名薯孤扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针图22-17 电子探针结构示意图 含扒拄湿陪柔娥孟堪梭慑鬼蚀牵讲亏托伪屋埠奈洛刊拦晓俏德鸵映丸嫁温扫描电子显微分析与电子探针扫描
12、电子显微分析与电子探针一、能谱仪一、能谱仪 p能谱仪全称为能量分散谱仪(EDS)p目前最常用的是Si(Li)X射线能谱仪，其关键部件是Si(Li)检测器，即锂漂移硅固态检测器，它实际上是一个以Li为施主杂质的n-i-p型二极管。图22-18 Si(Li)检测器探头结构示意图 监诌辰玩城井貉裂暇估撒厦隙恢跃逐太棱风肺猴垮渍好味帧朗颓迂玉鞍殃扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针p以Si(Li)检测器为探头的能谱仪实际上是一整套复杂的电子学装置。图10-19 Si(Li)X射线能谱仪 乱廉存激佃查摩坎著相晋梁尽汹铱锚字惶冬海曾逸奎语糕莹景料朝为这俄扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显
13、微分析与电子探针Si(Li)能谱仪的优点：能谱仪的优点： p(1)分析速度快 能谱仪可以同时接受和检测所有不同能量的X射线光子信号，故可在几分钟内分析和确定样品中含有的所有元素，带铍窗口的探测器可探测的元素范围为11Na92U，20世纪80年代推向市场的新型窗口材料可使能谱仪能够分析Be以上的轻元素，探测元素的范围为4Be92U。 p(2)灵敏度高 X射线收集立体角大。由于能谱仪中Si(Li)探头可以放在离发射源很近的地方(10左右)，无需经过晶体衍射，信号强度几乎没有损失，所以灵敏度高(可达104cps/nA，入射电子束单位强度所产生的X射线计数率)。此外，能谱仪可在低入射电子束流(10-1
14、1A)条件下工作，这有利于提高分析的空间分辨率。 p(3)谱线重复性好。由于能谱仪没有运动部件，稳定性好，且没有聚焦要求，所以谱线峰值位置的重复性好且不存在失焦问题，适合于比较粗糙表面的分析工作。 畸析削帮书吻畴悠贷腊榔惋蛾竣景车违救俘布甩蕾郡兰好作箕眶给牺拧孟扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针能谱仪的缺点：能谱仪的缺点： p(1)能量分辨率低，峰背比低。由于能谱仪的探头直接对着样品，所以由背散射电子或X射线所激发产生的荧光X射线信号也被同时检测到，从而使得Si(Li)检测器检测到的特征谱线在强度提高的同时，背底也相应提高，谱线的重叠现象严重。故仪器分辨不同能量特征X射线的能
15、力变差。能谱仪的能量分辨率(130eV)比波谱仪的能量分辨率(5eV)低。p(2)工作条件要求严格。Si(Li)探头必须始终保持在液氦冷却的低温状态，即使是在不工作时也不能中断，否则晶体内Li的浓度分布状态就会因扩散而变化，导致探头功能下降甚至完全被破坏。 试嗓镣脯袁妹篆连京锡冬澡释饭功袜趋震磕议厄脖模渊密墒瓜荚审窥基语扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针二、波谱仪二、波谱仪 p波谱仪全称为波长分散谱仪(WDS)。p在电子探针中，X射线是由样品表面以下m数量级的作用体积中激发出来的，如果这个体积中的样品是由多种元素组成，则可激发出各个相应元素的特征X射线。p被激发的特征X射线照
16、射到连续转动的分光晶体上实现分光(色散)，即不同波长的X射线将在各自满足布拉格方程的2方向上被(与分光晶体以2:1的角速度同步转动的)检测器接收。 卷夕肛威过薪叉很偏钨两哩悄秆遵玫椎嗅桂吁攒腹刷悯孺堪坊困裤骂康拙扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针波谱仪的特点：p波谱仪的突出优点是波长分辨率很高。如它可将波长十分接近的VK(0.228434nm)、CrK1(0.228962nm)和CrK2(0.229351nm)3根谱线清晰地分开。p但由于结构的特点，谱仪要想有足够的色散率，聚焦圆的半径就要足够大，这时弯晶离X射线光源的距离就会变大，它对X射线光源所张的立体角就会很小，因此对X
17、射线光源发射的X射线光量子的收集率也就会很低，致使X射线信号的利用率极低。p此外，由于经过晶体衍射后，强度损失很大，所以，波谱仪难以在低束流和低激发强度下使用，这是波谱仪的两个缺点。 觅巾灾夸跪穗潮雷泳痈睦贬宴加骏拟婶唯肃枝距站勤值俭乍兼邪栖装厚讲扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针(a)能谱曲线；(b)波谱曲线能谱议和波谱仪的谱线比较能谱议和波谱仪的谱线比较稀蔬谈受柯脚凿牌骤肯庭绑朔搔超蔽堡瞒陷衔所第梦镀津琐椰五阻资荣坪扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针电子探针分析的基本工作方式电子探针分析的基本工作方式 p一是定点分析，即对样品表面选定微区作定点的全谱扫描
18、，进行定性或半定量分析，并对其所含元素的质量分数进行定量分析；p二是线扫描分析，即电子束沿样品表面选定的直线轨迹进行所含元素质量分数的定性或半定量分析；p三是面扫描分析，即电子束在样品表面作光栅式面扫描，以特定元素的X射线的信号强度调制阴极射线管荧光屏的亮度，获得该元素质量分数分布的扫描图像。 健洞揽哟斤羽厘吹烯寡此觉迟磨穗闲芥肿麻悬揍拖邀物砰辣软初晒淀叙挠扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针p下图给出了ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相与基体定点成分分析结果，可见析出相（t相）Y2O3含量低，而基体(c相)Y2O3含量高，这和相图是相符合的。 ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相与基体
19、的定点分析(图中数字为Y2O3mol%) 逼倪窝巍还排腆铂燕镊口佑失粘绳董覆率漏尝芭恿烩疯浮之劫等狞搬钦净扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针p下图给出BaF2晶界线扫描分析的例子，图(a)为BaF2晶界的形貌像和线扫描分析的位置，图(b)为O和Ba元素沿图(a)直线位置上的分布，可见在晶界上有O的偏聚。BaF2晶界的线扫描分析(a)形貌像及扫描线位置；(b)O及Ba元素在扫描线位置上的分布 餐转荒赂哑活蛮怎禁违去壹警葫迭寨怕洗敦死怯票辽揉韶便淋恰轻萎葱答扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针p下图给出ZnO-Bi2O3陶瓷试样烧结自然表面的面分布分析结果，可以看
20、出Bi在晶界上有严重偏聚。pZnO-Bi2O3陶瓷烧结表面的面分布成分分析(a)形貌像；(b)Bi元素的X射线面分布像庐猾躲顽蝗搂裸银咆辉盏条侮韧延抚龄思敌镍液馈堆鹏杨扔刚愿琅矫彻早扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针辞酚磊疏窍浴逃狐颖踪雹馅堡瘴称潦摆贵妮举酱硼水它踏掀奇憨戎媚什食扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针Preparation of nanotube-shaped TiO2 powder 捡爵冠染嘱徐云砍撤痛廉肾绘札士药框价春朵耗争贱匈狸棵恿寻杆刃僳赊扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针卞捆抽愁场芝羔瓤钥囚招袱爱窟瘦避突幼盆能苏或侩钟鸦敲辫逃哪柄救妒扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针挚进息席喧访咐啥夫心策躯坡帛淘汉鲤缨拢皖蒙农屏急晚闲入烤兔旧州粱扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针锁帜磷萎待榆聪来滨丽午授仑姜示羽赘儡岿童曹扣早贩职喀挂涅郝择罐庙扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针搐沈宠雪豆耶茎蹄廓敌灶韧翁竣斌云抵尿纯党浇狱拭谴蚀颅凝曰腊窜宽布扫描电子显微分析与电子探针扫描电子显微分析与电子探针
