扫描电子显微镜的性能参数分析

2016-05-20技术资料

关于光学显微镜、扫描电镜和透射电子显微镜的主要性能比较如表1-2 所示。同其它方式的显微镜比较,扫描电镜具有如下特点:

(1)能直接观察大尺寸试样的原始表面。其能够直接观察尺寸可大到直径为100mm,高50mm,或更大尺寸的试样,对试样的形状没有任何限制,粗糙表面也能观察,这便免除了制备样品的麻烦,而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度。

扫描电电子显微镜的性能及其基本分析技术

       (2)  试样在样品室中可动的自由度非常大。其它方式显微镜的工作距离通常只有2~3mm,故实际上只允许试样在两度空间内运动。但在扫描电镜中则不同,由于工作距离大(可大于15mm),焦深
大(比透射电子显微镜大10 倍),样品室的空间也大,因此,允许试样在三度空间内有6  国自由度运动 (即三度空间平移,和三度空间旋转),可动范围大,这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来无比的方便。
       (3)  观察试样的视场大。在扫描电镜中,能同时观察试样的视场范围F 由下式来确定:
                                  F = L / M
式中M 为观察时的放大倍数;L 为显像管的荧光屏尺寸。因此,如果采用30cm  (12 英寸)的显像管,放大倍数为10 倍时,其视场范围可达30mm。采用更大尺寸荧光屏的显像管,不难获得更大的视场范围。
       (4 )  焦深大,图像富立体感。扫描电镜的焦深比透射电子显微镜大10倍,比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大,故所得扫描电子像富有立体感,并 容易获得一对同样清晰聚焦的立体对照片,进行立体观察和立体分析。
       (5)  放大倍数的可变范围很宽,且不用经常对焦。扫描电镜的放大倍数范围很宽 (从5 到20 万倍连续可 ),基本包括了从金相显微镜到电子显微镜的放大倍数范围,且一次聚焦好后即可从低倍到高倍,或低倍到高倍连续观察,不用重新聚焦,这对进行事故分析特别方便。
       (6)  在观察厚块试样中,它能得到的分辨率和最真实形貌。扫描电镜的分辨率是介于光学显微镜和透射电子显微镜之间(参看表1-2)。但就对厚块试样的观察进行比较时,因为在透射电子显微镜镜中要采用复膜方法,而复膜的分辨率通常只能达10nm,且观察并不是试样本身。因此,用扫描电镜观察厚块试样更有利,更能得到 真实的试样表面资料。
       (7)  因电子照射而发生试样的损伤和污染程度 小。同其它方式的电子显微镜比较,因为观察时所用的电子探针电流小(一般约为-10   -1210  ~10   A),电子探针的束斑尺寸小(通常是5nm 到几十纳米),电子探针的能量也比较小(加速电压可以小到2kV),而且不是固定一点照射试样,而是以光栅状扫描方式照射试样,因此,由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度 小,这点对观察一些生物试样的损伤和污染程度 小,这点对观察一些生物试样特别重要。
      (8)  能进行动态观察。在扫描电镜中,成像的信息主要是电子信息。根据近代的电子工业技术水平,即使高速变化的电子信息,也能毫不困难地及时接收,处理和储存,故可进行一些动态过程的观察。如果在样品室内安装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件,则可以通过连接电视装置,观察相变、断裂等动态的变化过程。
      (9)  它可以从试样表面形貌获得多方面资料。在扫描电镜中,因为可以利用入射电子和试样相互作用所产生各种信息来成像,而且可以通过信号处理方法,获得多种图像的特殊显示方法,可以从试样的表面形貌获得多方面资料。

        因为扫描电子像不是同时记录的,它是分解为近百万个像元逐次依次记录构成的,使得扫描电镜除了观察表面形貌外,还能进行成分和元素的分析。此外,采用三透镜式的扫描电镜还可以通过电子通道花样进行结晶学分析,选区尺寸可以从10μm 到2 μm。由此可见,扫描电镜是一种多功能的仪器,它可以进行如下三种基本分析:
          (1)三维形貌的观察和分析;
          (2)在观察形貌的同时,进行微区的成分分析;
          (3)在观察形貌的同时,进行微区的结晶学分析。

         由于扫描电镜具有上述特点和功能,所以颇受科研工作者的重视,用途日益广 。从发展趋势来看,它将像光学显微镜那样普遍地在实验室中应用。