电子显微镜的性能及应用

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电子显微镜的性能及应用
一、 扫描电子显微镜的工作原理
    扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5 ～ 35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
二、扫描电镜具有以下的特点
* w: y5 P6 m  J% d- E/ S0 N7 b    (1) 可以观察大块试样(在半导体工业可以观察更大直径)，制样方法简单。
6 Y  z6 A; e2 A5 B$ `! l    (2) 景深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
    (3) 放大倍数变化范围大，一般为 15 ～ 200000 倍，最大可达 10 ～ 1000000 倍，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
    (4) 具有相当的分辨率，一般为 2 ～ 6nm  。
    (5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图像选择器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不同形式的图像。
    (6) 可进行多种功能的分析。与 X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成份分析；配有光学显微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行阴极荧光光谱分析等。
  x& Y  B. o3 R: _, `    (7) 可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
/ `* g- r! e6 @5 J三、电镜的应用
在材料的缺陷分析、冶金工艺分析、热加工过程的分析、金相、失效分析等方面，是一个不可缺少的工具。例如，某军工企业在其招标书中对扫描电镜的要求如下： “该套设备用于对材料微区化学成分、冶金缺陷、产品材料内部组织结构进行分析和测定，还用于工艺变化而使材料内部和表面结构、形貌产生的变化及缺陷等进行分析和测定。同时可根据结果来指导工艺。”