1、會計學1精華精華(jnghu)資料資料sem掃描電子顯微鏡與掃描電子顯微鏡與電子探針電子探針第一頁，共37頁。一、簡介(jin ji),SEM是利用聚焦電子束在樣品上掃描時激發的某種物理(wl)信號來調制一個同步掃描的顯象管在相應位置的亮度而成象的顯微鏡。疙撾擴徐燦烽懷宗今盎貫乃俞匙蒲瞅黑攀爾清綢禱掐坎通杖男乙季蠕胺乖SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第1頁/共36頁第二頁，共37頁。NoImageNoImage與普通(ptng)顯微鏡的差別：電子波長電子波長 E E為電子能量，單位為電子能量，單位 eVeV 當當 E = 30KeV E

2、= 30KeV 時時, , 0.007nm 0.007nm)(226. 1nmE,普通顯微鏡,SEM,基本原理,光折射成象,同步掃描,入射束波長,400,-,700,nm,能量(nngling)為E的電子,放大倍數, 1600,幾十萬,分辨率,200,nm,1.5,nm,景深,是普通顯微鏡的300倍戮泥試妹換概貧郁減嚴沁借危叼掘田韶泄勉懦侵搗煌支齡垃梨蛛晝咱壘叭SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第2頁/共36頁第三頁，共37頁。學習的重要(zhngyo)性：,是形貌分析的重要(zhngyo)手段,二次電子象在其它分析儀器中的應用,基本物理概

3、念、儀器參數及基本單元的通用性,頗吸磊鐳據櫻奴祿缽擂侖栗嗓繪霄銷其樹聽暑柬伍養厚卉屏孤貯竹僥殲咸SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第3頁/共36頁第四頁，共37頁。二、基本物理概念(ginin)(一),電子與表面相互作用及與之相關的分析技術(二),信息深度(三),電子作為探束的分析技術特點淫螞劣屁雷杰艷測鮮憐絞檀吳竹杉霓凹賊濾黎參者襖到陷囚篙慈垢辨沏蓮SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第4頁/共36頁第五頁，共37頁。( (一一) )電子與表面相互作用及與之相關的分析技術電子與表面相互作

4、用及與之相關的分析技術 1 1信息種類及相應的分析技術：信息種類及相應的分析技術： 背散射：經彈性散射或一次非彈性散射后背散射：經彈性散射或一次非彈性散射后 以以 90 90射出表面，射出表面， E E E Ep p 特征能量損失特征能量損失 多次散射后射出形成本底多次散射后射出形成本底 在樣品中停止，變為吸收電流在樣品中停止，變為吸收電流 從樣品透射從樣品透射 (TEM)冊扔桶箍搬綢忙啡凄猖粟聊肺實類訪詫搶特棲籃乙乒氈槽遏墑撈茍竟蘑岳SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第5頁/共36頁第六頁，共37頁。 二次電子：外層價電子激發二次電子：外

5、層價電子激發 (SEM) 俄歇電子：內層電子激發俄歇電子：內層電子激發 (AES) 特征特征X X射線：內層電子激發射線：內層電子激發 (EPMA) 連續連續X X射線：軔致輻射射線：軔致輻射( (本底）本底） 對于半導體材料：對于半導體材料： 陰極熒光陰極熒光 電子束感生電流電子束感生電流 娩羞埋廳瓷巧王癢莆墮慕藤拉誠辜雌揭鱉鹿壇粘未引塘朗撻耶殉撞沽洗皖SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第6頁/共36頁第七頁，共37頁。2檢測電子的能量(nngling)分布仿柒琵容蔽狙專戎團糞覆灶料眷謙烽仁燙渾纂奴抄慚獻醛降碼魁伶亥軟纏SEM掃描(som

6、io)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第7頁/共36頁第八頁，共37頁。(二),信息深度,非彈性散射平均自由程：,具有(jyu)一定能量的電子連續發生兩次非彈性碰撞,之間所經過的距離的平均值。,衰減長度：I,=,Ioet/,當電子穿過t,=,厚的覆蓋層后，它的強度,將衰減為原來的1/e,稱為衰減長度。,通常近似地把衰減長度當作電子的非彈性散射平均,自由程，亦稱為逸出深度。,衰減長度和電子能量的關系：,實驗結果：,經驗公式：=,(Ai/E2)+BiE1/2,其中A、B對于不同的元素及化合物,有不同的值.急車搖錄消醫叛蛻梨疇仟懦孫壓懊冷滿逾韻悶智輥灰飾螞預代勾審模洞

7、喝SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第8頁/共36頁第九頁，共37頁。,信息深度：信號電子所攜帶的信息來自(li z)多厚的表面層？,通常用出射電子的逃逸深度來估計。,但是當出射電子以同表面垂直方向成角射出時，電子所反映的信息深度應該是：,d,=cos,激發深度與信息深度：假雜刊基纜旦酬析穗廢嘻柬層壩鎳廣舶煙裙吠星歇杉輿桌卷燒獨嘩綿墊牢SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第9頁/共36頁第十頁，共37頁。在掃描電鏡中，由電子激發產生的主要信號的信息(xnx)深度：,俄歇電子,1,nm,(0

8、.5-2,nm),二次電子,5-50,nm,背散射電子,50-500,nm,X射線,0.1-1m怒炎趣砒橫脅逸園讀系僚茄提玻炙硅殿景拴胰箕仙單君致翌捆樁爬銀窒朱SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第10頁/共36頁第十一頁，共37頁。,產生大量(dling)二次電子，,產生少量二次電子，,信噪比差,信噪比好電子(dinz)探束,光子探束(三),電子(dinz)作為探束的特點碰撞中Ep,E，,碰撞中h=E，自身湮沒損失部分能量后射出,可聚焦、偏轉，獲得,不易聚焦，束斑大且強度低,小束斑和高強度,電子束源價格低廉,X光源復雜，價格較貴,宜為外層價

9、電子電離源,宜為芯層電子電離源婁菠繪莽旅帳勸窟建糙瞧建汛陜郭陵秉支準碩譯莖從潑粘囚亮甫廳法喘巖SEM掃描電子顯微鏡與電子探針SEM掃描電子顯微鏡與電子探針第11頁/共36頁第十二頁，共37頁。 1放大倍數放大倍數 熒光屏上的掃描振幅熒光屏上的掃描振幅 電子束在樣品上的掃描振幅電子束在樣品上的掃描振幅 放大倍數與掃描面積的關系：放大倍數與掃描面積的關系： (若熒光屏畫面面積為若熒光屏畫面面積為1010cm2) 放大倍數放大倍數 掃描面積掃描面積 10 (1cm) (1cm)2 2 100 (1mm) (1mm)2 2 1,000 (100m) (100m)2 2 10,000 (10m) (10

10、m)2 2 100,000 (1m) (1m)2 2AcAsK三、主要參數轅累婦剩款挽苯志使坤菊解析(ji x)荊篡存疹貸跌遁胖內惹捌棒禮挽訪秀壹蟄蚤SEM掃描電子顯微鏡與電子探針SEM掃描電子顯微鏡與電子探針第12頁/共36頁第十三頁，共37頁。2分辨率,樣品上可以分辨的兩個鄰近的質點或線條間的距離。,如何測量：拍攝圖象上，亮區間最小暗間隙寬度,除以放大倍數。,影響分辨率的主要(zhyo)因素：,初級束斑：分辨率不可能小于初級束斑,入射電子在樣品中的散射效應,對比度烴葉俘峰寵年蹭沉欲狀飯愛設等豺梭叔在臍袱提嘻黃吉妊魁赦撲奏僑諺識SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somi

11、o)電子顯微鏡與電子探針第13頁/共36頁第十四頁，共37頁。3景深(jngshn),一般景深(jngshn)的定義：曹悼邢汐望男摩腋樓性娩果端神胳根壩愚糊滑突貫(t un)錠主芽株脂溫勘睹淫曾SEM掃描電子顯微鏡與電子探針SEM掃描電子顯微鏡與電子探針第14頁/共36頁第十五頁，共37頁。 SEM的景深：的景深：對于對于SEM，雖沒有實際的成象透鏡，但景深的意義是相同的。，雖沒有實際的成象透鏡，但景深的意義是相同的。 在在D深度范圍內，中心處為最佳聚焦深度范圍內，中心處為最佳聚焦當當dp ,Z1,則襯度,C,=,=,S,為檢測信號強度,為背散射電子強度,當Z1、Z2原子序數相鄰(xin ln

12、)，則襯度很低,當Z1、Z2原子序數相差遠，則襯度很高212SSS 212詩歐蛹螟緞朵踴倚石諸釩閣拘椿隙埃惹彰封咒茫俱惟留僑兢契認輿優洞爹SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第24頁/共36頁第二十五頁，共37頁。原子序數 W: 74 Ti: 22 Si: 14 Al: 13 O: 8 N: 7 康侄棧掃圍九漂禽箔饒澇華享酬斃擋滬灼慮脯聰奔煽瞧患脹桓鉆鎮蘆格憊SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第25頁/共36頁第二十六頁，共37頁。 如何排除表面不平坦因素？如何排除表面不平坦因素？ 表面拋

13、光表面拋光 采用雙通道檢測器及信號處理采用雙通道檢測器及信號處理苔郝晃劃藤何彈犢酮值黑維句仲觀不溝認噶腸急滾淖疽改輻養京輯自裴瑩SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第26頁/共36頁第二十七頁，共37頁。(三三)二次電子象與背散射電子象的比較二次電子象與背散射電子象的比較 信號檢測系統信號檢測系統- 閃爍體計數器閃爍體計數器 柵網柵網 +250-500V 二次電子象二次電子象 -50V 背散射電子象背散射電子象 閃爍體閃爍體 6-10kV 吸引、加速電子吸引、加速電子 撞擊閃爍體發光撞擊閃爍體發光 光導管光導管 光子倍增器光子倍增器 野瘧瑩矛

14、琶阻繁鴕轅方蕉硯徑套峪橇但業役柔佬播算轎華階庫宿鹼修覺冠SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第27頁/共36頁第二十八頁，共37頁。,二次電子(dinz)象與背散射電子(dinz)象的比較,二次電子(dinz)象,背散射象主要利用,形貌襯度,成分襯度,收集極,+250500V,50V,分辨率,高,較差,無陰影,有陰影,信號大，信噪比好,去咋臀阮閘晚乳茍嬰多品佰暴了勵逸套晨蔣扇行默替氨升紳蔥媚本鞭舶饋SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第28頁/共36頁第二十九頁，共37頁。五、主要部件,電子

15、光學系統,掃描系統,信號檢測系統,圖象顯示系統,電源系統和真空(zhnkng)系統,電子光學系統：,初級束要求：束斑盡可能小,電流盡可能大,取折衷,(一)電子源,(二)電子槍,訖棍胚磁蚌冤筐褥繳礦連輛乙法鞠跑化狙妓滓弘曾昂趟謀供饑繕霹并隴把SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第29頁/共36頁第三十頁，共37頁。(一),電子源1熱發射源,當溫度超過一定值時，有較多的電子具有克服表面勢壘,(功函數),的動能而逃離金屬射出。,J,=,AT2exp(-/kT),J：陰極發射電流,T：陰極溫度,A：與材料有關的常數對材料要求：功函數小，熔點高,功函數

16、,工作溫,度,特點,W陰極,4.5eV,2500-2800,穩定、制備(zhbi)簡單,BaB6,2.7eV,1400-2000,化學性質活潑,要求104Pa以上真空,特殊夾持材料亢卸錨賣令絨感蛔墟瞥菏焦砒峙奎撤嚇歧攣智塘晌傈袱飾峰妙葫趙蘇旦耐SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第30頁/共36頁第三十一頁，共37頁。2場發射源場發射源 冷場致發射冷場致發射 當尖處電場強度當尖處電場強度 10 105 5 V/m V/m 時時 表面勢壘寬度表面勢壘寬度 10nm 10nm 量子隧道效應成為發射主導機制量子隧道效應成為發射主導機制 在室溫下，大

17、多數電子的能量還不足以克服已在室溫下，大多數電子的能量還不足以克服已 降低了的勢壘，但仍有一部分電子能穿過勢壘而降低了的勢壘，但仍有一部分電子能穿過勢壘而 發射。發射。 熱場致發射熱場致發射兔宇鐘蠢萎明橡藝跳王下晰第緒锨悔尋亭稱超狂擲攪氮水殉沮四薩肆筒坡SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第31頁/共36頁第三十二頁，共37頁。(二二) 電子槍電子槍 1三級電子槍三級電子槍 F：燈絲：燈絲 負高壓負高壓 發射電子發射電子 A：陽極：陽極 接地接地 F、A間形成對電子的加速場間形成對電子的加速場 W：柵極：柵極 負偏壓負偏壓 (相對于陰極相對于

18、陰極) 讓電子只通過柵孔讓電子只通過柵孔 聚焦透鏡作用：在陽極附近形成交叉點聚焦透鏡作用：在陽極附近形成交叉點殷馳錯戮屹鑷咳入裸館屁憾旅漣體坎假綠貉罪艘借抽妝減櫻囑詳銳跺拷拳SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針第32頁/共36頁第三十三頁，共37頁。2場發射槍場發射槍 發射出來的電子在陰極尖后形成交叉虛象，發射出來的電子在陰極尖后形成交叉虛象， 直徑直徑100 。 高電流發射密度高電流發射密度+小交叉點小交叉點 比比W陰極高陰極高1000倍的亮度倍的亮度 減小束斑減小束斑 提高儀器分辨率提高儀器分辨率咐入職霹搪芝拖碘糠異衙蠱嗅亞競媚源噴恫鞏巋稼宙爆趟蔣螞火創贅極鞘SEM掃描(somio)電子顯微鏡與電子探針SEM掃描(somio)電子顯