当前课程知识点：材料现代研究方法 > 第十章 扫描电子显微镜 > 10.3 扫描电子显微镜的主要性能 > 扫描电子显微镜的主要性能
同学你好
我们这节课来学习
扫描电子显微镜的主要性能
扫描电子显微镜的分辨率高低
与检测信号的种类是相关的
这张表格给大家列出了
扫描电子显微镜中各种信号的空间分辨率
也就是说各种信号所产生的区域
从表中的数据我们可以看出
二次电子信号的空间分辨率是较高的
相应的二次电子像的分辨率也是较高的
而特征X射线信号的空间分辨率是最低的
这个信号调制出来所呈现出来的
显微图像的分辨率也是最低的
对于不同信号之间分辨率的差异
可以使用入射电子束的作用体积图
来进行说明
从这张图我们可以看出
当电子束进入轻元素样品的表面时
电子束与样品作用会产生
一个滴状的一个作用体积
入射电子在被样品吸收
或散射出样品表面之前
将会在这个体积内进行活动
俄歇电子和二次电子
因为它本身的能量是较低的
平均的自由程是较短的
它只能在样品的浅层表面内逸出
通常俄歇电子
它激发表层的深度是在0.5到2个纳米之间
而激发二次电子的层深
则是在5到10个纳米之间
在这个浅层范围内入射电子不发生横向扩展
因此俄歇电子和二次电子
只能在束斑直径相当的这个圆柱内被激发出来
因为束斑直径就是一个成像检测单元的大小
所以他们的分辨率也就相当于束斑的直径
当入射电子进入到样品的较深的部位时
这个时候发生了向横向的扩展
向横向扩展的范围变大了
在这个范围内所激发出来的
背散射电子的能量是很高的
它们可以从样品的较深部位弹射出表面
横向扩展后作用体积大小
就是背散射电子成像的单元
从而使背散射电子的分辨率大为降低
入射电子束还可以在样品更深的部位
激发出特征X射线来
从图上特征X射线的作用体积来看
如果要使用特征X射线来调制成像
那么它所呈现的这个分辨率
要比背散射电子还要低
因为图像分析时
二次电子或者是俄歇电子
它的信号的分辨率是最高的
所以通常扫描电子显微镜的分辨率
就是使用二次电子像的分辨率
来进行表示的
需要指出的是
电子束射入到重元素样品时
作用体积与射入到轻元素时
所呈现的液滴状不同
当电子束摄入到重元素样品时
它的作用体积会呈现出一个半球状
也就是说电子束进入表面后
会立即向横向扩展
因此在分析重元素时
即使电子束的束斑很细小
也不能达到较高的分辨率
这个时候二次电子的分辨率
和背散射电子的分辨率之间
它们的差距是明显变小的
由此可见
在其他条件相同的情况下
比如说信号噪声比
磁场条件
以及机械振动等条件相同的情况下
电子束的束斑大小
检测信号的类型
以及检测部位的原子序数
是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素
扫描电子显微镜二次电子像的分辨率
将随束斑尺寸减小而提高
但是随着束斑尺寸减小
束流的强度也会随之下降
当束流强度下降到一定程度后
将难以激发出足够的二次电子信号
这样就会使得图像的噪声增大
分辨率也随之下降
所以最理想的状态是
电子束不仅束斑的尺寸要小
而且束流的强度也要大
而场发射电子枪恰好具备这个特点
场发射电子枪的电子束斑尺寸
为热发射电子枪的0.02%到0.2
而束流强度则比热发射电子枪要大1000倍
因此
场发射电子枪是高性能
也就是高分辨扫描电子显微镜的理想电子源
扫描电子显微镜中的分辨率
是通过测定图像中的
两个颗粒之间的最小距离来进行确定的
在已知放大倍数的条件下
把图像上测得到的最小间距除以放大倍数
所得的数值就是分辨率了
这张图就是用蒸镀金膜样品
来测定分辨率的一个照片
我们可以看到利用这个蒸镀金膜的方法
对样品的这个点分辨率进行了一个测试
目前扫描电子显微镜的二次电子像的
分辨率都会优于五个纳米
我们再来看一下放大倍数
当入射电子束做光栅扫描时
如果电子束在样品表面扫描的幅度为As
那么相应的在荧光屏的阴极射线扫描的幅度
为Ac
那么Ac与As的这个比值
就称之为是扫描电子显微镜的放大倍数
也就是说放大倍数M等于Ac比上As
由于扫描电镜荧光屏的尺寸是固定不变的
电子束在样品上扫描任意面积矩形时
在阴极射线管上所看到的扫描图像大小
都会与荧光屏的尺寸是相同的
因此
只要我们减小镜筒中电子束扫描的幅度
这个As
那么相应的话
我们就可以得到较高的这样的放大倍数
反过来
如果我们想降低放大倍数
那么我们就可以通过增加扫描幅度As
来进行实现
这节课我们就介绍到这里
-1.1 晶体、空间点阵及晶体学参数
-1.2 倒易点阵
--布拉菲点阵
-1.3 晶体的宏观对称
--晶体的宏观对称
-1.4 晶体的微观对称
--晶体的微观对称
-1.5 倒易点阵
--倒易点阵
-1.6 倒易点阵的应用
--倒易点阵的应用
-1.7 晶体投影
--晶体投影
-1.8 晶体投影的应用
--晶体投影的应用
-1.9 单晶体标准投影图
--单晶体标准投影图
-1.9 单晶体标准投影图--作业
-2.1 X射线的产生
--X射线的产生
-2.2 X射线与物质的相互作用
-2.3 X射线的吸收限与滤波片
-2.4 连续X射线
--连续X射线
-2.5 特征X射线
--特征X射线
-2.5 特征X射线--作业
-3.1 一个电子对X射线的散射
-3.2 一个原子对X射线的散射
-3.3 简单晶体对X 射线的衍射
-3.4 复杂晶体对X射线的衍射
-3.5 爱瓦德作图法
--爱瓦德作图法
-3.5 爱瓦德作图法--作业
-4.1 粉末照相法
--粉末照相法
-4.2 多晶衍射仪
--多晶衍射仪
-4.3 多晶体衍射峰特征
--多晶体衍射峰特征
-4.4 多晶体衍射峰强度
--多晶体衍射峰强度
-4.5 多晶体花样分析
--多晶体花样分析
-4.5 多晶体花样分析--作业
-5.1 晶块尺寸与微观应力的宽化
-5.2 晶胞常数的精确确定
-5.3 宏观应力的测定
--宏观应力的测定
-5.4 织构的表征
--织构的表征
-5.5 织构的测定
--织构的测定
-5.6 织构分析
--织构分析
-5.7 物相定性分析
--物相定性分析
-5.8 物相定量分析
--物相定量分析
-5.8 物相定量分析--作业
-6.1 电子波与电磁透镜
--电子波与电磁透镜
-6.2 电磁透镜的像差与分辨率
-6.3 电磁透镜的景深和焦长
-6.3 电磁透镜的景深和焦长--作业
-7.1 透射电子显微镜的结构与成像原理
-7.2 透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理
-7.3 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定
-7.4 透射电子显微镜样品制备
-7.4 透射电子显微镜样品制备--作业
-8.1 概述
--概述
-8.2 电子衍射原理
--电子衍射原理
-8.3 晶带定律与零层倒易截面
-8.4 倒易阵点的扩展与偏移矢量
-8.5 倒易阵点与电子衍射图的关系
-8.6 衍射斑点指数化
--衍射斑点指数化
-8.7 选区电子衍射
--选区电子衍射
-8.8 单晶电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定--作业
-9.1 衍射衬度成像原理
--衍射衬度成像原理
-9.2 消光距离
--消光距离
-9.3 衍衬运动学
--衍衬运动学
-9.4 衍衬动力学简介
--衍衬动力学简介
-9.5 晶体缺陷分析
--晶体缺陷分析
-9.5 晶体缺陷分析--作业
-10.1 电子束与固体样品作用时产生的信号
-10.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理
-10.3 扫描电子显微镜的主要性能
-10.4 表面形貌衬度原理及其应用
-10.5 原子序数衬度原理及其应用
-10.6 电子探针仪的结构与工作原理
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用--作业
