電子顯微鏡的性能及應(yīng)用

一、 掃描電子顯微鏡的工作原理

掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)可以是二次電子、背散射電子或吸收電子。其中二次電子是zui主要的成像信號(hào)。由電子槍發(fā)射的能量為5-35keV的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)二級(jí)聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束，在掃描線圈驅(qū)動(dòng)下，于試樣表面按一定時(shí)間、空間順序作柵網(wǎng)式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子發(fā)射（以及其它物理信號(hào)），二次電子發(fā)射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號(hào)被探測(cè)器收集轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，經(jīng)視頻放大后輸入到顯像管柵極，調(diào)制與入射電子束同步掃描的顯像管亮度，得到反映試樣表面形貌的二次電子像。

二、掃描電鏡具有以下的特點(diǎn)

(1)可以觀察大塊試樣(在半導(dǎo)體工業(yè)可以觀察更大直徑)，制樣方法簡(jiǎn)單。

(2) 景深大、三百倍于光學(xué)顯微鏡，適用于粗糙表面和斷口的分析觀察；圖像富有立體感、真實(shí)感、易于識(shí)別和解釋。

(3)放大倍數(shù)變化范圍大，一般為15-200000倍，對(duì)于多相、多組成的非均勻材料便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。

(4)具有相當(dāng)?shù)姆直媛?，一般?-6cm

(5)可以通過電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像的質(zhì)量，如通過調(diào)制可改善圖像反差的寬容度，使圖像各部分亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖像選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察不同放大倍數(shù)的圖像或不同形式的圖像。

(6)可進(jìn)行多種功能的分析。與X射線譜儀配接，可在觀察形貌的同時(shí)進(jìn)行微區(qū)成份分析；配有光學(xué)顯微鏡和單色儀等附件時(shí)，可觀察陰極熒光圖像和進(jìn)行陰極熒光光譜分析等。

(7)可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，觀察在不同環(huán)境條件下的相變及形態(tài)變化等。

三．電鏡的應(yīng)用

在材料的缺陷分析、冶金工藝分析、熱加工過程的分析、金相、失效分析等方面，是一個(gè)*的工具。例如，某軍工企業(yè)在其招標(biāo)書中對(duì)掃描電鏡的要求如下："該套設(shè)備用于對(duì)材料微區(qū)化學(xué)成分、冶金缺陷、產(chǎn)品材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和測(cè)定，還用于工藝變化而使材料內(nèi)部和表面結(jié)構(gòu)、形貌產(chǎn)生的變化及缺陷等進(jìn)行分析和測(cè)定。同時(shí)可根據(jù)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)工藝。