1、精選優質文檔-傾情為你奉上課程報告題目：掃描電子顯微鏡原理及發展綜述 姓名： 學院： 專業： 學號： 課程老師： 提交時間： 專心-專注-專業摘要 掃描電子顯微鏡作為一種有效的顯微結構分析儀器，可以對各種材料進行多種形式的表面的觀察與分析。它具有分辨率高、景深長、成像富有立體感等優點。利用掃描電鏡的圖像研究法分析顯微結構，其內容豐富、方法直觀。隨著現代生活對新型材料的需求不斷增長，掃描電子顯微鏡技術在新型材料學科領域中的應用也日益廣泛。本文主要介紹掃描電子顯微鏡的工作原理、結構特點以及發展應用情況，并對當前掃描電鏡發展方向進行總結與評析。 關鍵字：掃描電子顯微鏡，工作原理，SEM結構組成，應用

2、,發展方向目錄第1章 前言1.1 顯微鏡的分類為了了解和研究自然現象，通常開始是用人的肉眼進行觀察的。但是，人肉眼的觀察能力是有限的，它能分辨的最小距離只能達到0.2mm左右。為了把人的視力范圍擴大到微觀領域，就必須借助于一種觀察儀器，把微觀形貌放大幾十倍到幾十萬倍，以適應人眼的分辨能力。我們把這類儀器稱為顯微鏡。 根據照明源的性質、照明方式以及從被觀察對象所收回信息的性質和對信息的相應放大處理方法，通常可以分為光學顯微鏡、透射電子顯微鏡、場發射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡等。常用的各種顯微鏡類型如表1-1所示。表 1-1 常用顯微鏡類型照明源照射方式成像信息名稱縮寫符號可見光光束在試樣上靜止方

3、式投射反射光透射光干涉光金相顯微鏡生物顯微鏡干涉顯微鏡OM電子束電子束在試樣上以靜止方式正投射透射電子透射電子顯微鏡TEM電子束在試樣上作光柵狀掃描透射電子反射型電子透射掃描電鏡表面掃描電鏡SEM1.2 掃描電子顯微鏡的性能及基本分析技術 關于光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡的主要性能比較如表1-2所示。表1-2 各類顯微鏡性能的比較OMSEMTEM放大倍數12000 20 100分辨率最高0.1m 0.8nm 0.2nm熟練操作0.2m 6nm 1nm一般操作5m 1050nm10nm焦深差，例如1m（×100）高，例如100m（×100）中等，例如比SEM小1

4、0倍視場中大小操作維修方便，簡便較方便，簡單較復雜試樣制作金相表面技術任何表面均可薄膜或復膜技術價格低高高同其它方式的顯微鏡比較，SEM具有如下特點6：（1） 能直接觀察大尺寸試樣的原始表面。其能夠直接觀察尺寸可大到直徑為100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面也能觀察。（2）試樣在樣品室中可動的自由度非常大。其它方式顯微鏡的工作距離通常只有23mm，故實際上只允許試樣在兩度空間內運動。但在SEM由于工作距離大，焦深大，樣品室的空間也大，這對觀察不規則形狀試樣的各個區域細節帶來無比的方便。 （3）觀察試樣的視場大。若采用30cm的顯像管，放大倍數為10倍時，

5、其視場范圍可達30mm。（4） 焦深大，圖像富立體感。SEM的焦深比TEM大10倍，比光學顯微鏡大幾百倍。由于圖像景深大，故所得掃描電子像富有立體感。 （5）掃放大倍數的可變范圍很寬，且不用經常對焦。SEM的放大倍數范圍很寬，且一次聚焦好后即可從低倍到高倍，或低倍到高倍連續觀察，不用重新聚焦。 （6）在觀察厚塊試樣中，它能得到的較高的分辨率和最真實形貌。對厚塊試樣進行觀察，TEM鏡中要采用復膜方法，而復膜的分辨率通常只能達10nm，且觀察并不是試樣本身。因此，用SEM觀察厚塊試樣更有利，更能得到真實的試樣表面資料。（7） 因電子照射而發生試樣的損傷和污染程度很小。觀察時所用的電子探針電流小,電

6、子探針的束斑尺寸小，電子探針的能量也比較小，而且是以光柵狀掃描方式照射試樣，因此，由于電子照射而發生試樣的損傷和污染程度很小。 （8）能進行動態觀察。可以通過連接電視裝置，觀察相變、斷裂等動態的變化過程。（9）可以從試樣表面形貌獲得多方面資料。可以通過信號處理方法，獲得多種圖像的特殊顯示方法，可以從試樣的表面形貌獲得多方面資料。 SEM除了觀察表面形貌外，還能進行成分和元素的分析。采用三透鏡式的SEM還可以通過電子通道花樣進行結晶學分析。由于掃描電鏡具有上述特點和功能，所以頗受科研工作者的重視，用途日益廣泛。第二章 描描電子顯微鏡原理2.1 電子與物質的相互作用入射電子的散射過程是一種隨機過程

7、，每次散射后都使其前進方向改變，在非彈性散射過程是一種隨機過程，每次散射后都使其前進方向改變，在非彈性散射情況下，還會損失一部分能量，并伴有各種信息的產生如熱、X射線、光、二次電子發射等。 如圖2.1所示為入射電子束照射樣品產生的信息。圖2.1 電子束照射樣品產生的信息 由圖可知，入射電子經過多次彈性和非彈性散射后，可能出現如下情況：（1）部分入射電子所累積的總散射角大于90°，重新返回表面逸出，這些電子成為背反射電子；（2）若試樣的厚度小于入射電子的最大貫穿深度，則它可以穿透試樣而從另一面逸出，這部分電子稱為透射電子；（3）部分入射電子經過多次非彈性散射后，其能量損失殆盡，不再產生

8、其它效應，被試樣吸收，這部分電子稱為吸收電子；（4）入射電子在試樣表面層（10nm左右）引起二次電子發射從而產生二次電子；（5）電子躍遷復位過程所放出的能量再次使原子的電子產生電離變成具有特征能量的二次電子，稱為俄歇電子；（6）電子躍遷復位過程中所放出能量若以光量子形式釋放出，則產生具有特征能量的X射線，簡稱為特征X射線；（7）若入射電子使試樣的原子內電子發生電離，高能級的電子向低能級躍遷時發出的光波長較長，稱為陰極熒光。2.2 掃描電子顯微鏡的工作原理及儀器結構12一般來說，掃描電子顯微鏡可以分為5大部分，包括電子光學系統（包括電子槍、掃描線圈等）、掃描系統、信號收集和圖像顯示系統、真空系統

9、、電源系統。2.2.1 整體工作原理圖掃描電子顯微鏡的工作原理如圖2.2所示：圖2.2 掃描電子顯微鏡工作原理圖由圖2.2可知，電子槍發出電子束(直徑約為50m)，在加速電壓的作用下（2至30kV），經過三個電磁透鏡（或者兩個）聚光匯聚成一個細小到5nm的電子探針，在末極物鏡上方掃描線圈的作用下，使電子探針對試樣表面進行光柵式掃描。由于高能電子與試樣相互作用，產生各種信息如二次電子、背散射電子、X射線、俄歇電子、吸收電子、透射電子等。因為從試樣中所得到各種信息的強度和分布同試樣表面形貌、成分、晶體取向以及表面狀態的一些物理性質（如電性質、磁性質等）等因素有關，所以通過接收和處理這些信息，就可以

10、獲得表征試樣形貌的掃描電子像，或進行成分分析。 為了獲得掃描電子圖像，一般是用探測器把來自試樣表面的某類信息進行接收，這些信息被探測器接收后，經進一步光電轉換和信號放大處理，最終在顯示器上顯示出樣品的特征。而在上述各種類型圖像中，以二次電子像，背反射電子像和吸收電子像用途最廣。2.2.2 電子光學系統主要包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室。 （1）電子槍：根據陰極材料分類，電子槍主要有三種類型，鎢絲( W)、六硼化鑭( LaB6)、鎢單晶。根據分辨率的不同，可選擇不同的陰極材料。分辨率要求越高，陰極材料也就越貴。電子束加速電壓一般為0.530kV。目前，應用于SEM的電子槍可以分為三類，如

11、圖2.3所示：a為直熱式發射型電子槍，陰極材料為鎢絲（直徑大約0.10.15mm），制成發夾式或針尖式形狀，并利用直接電阻加熱來發射電子，它是一種最常用的電子槍；b為旁熱式發射型電子槍。陰極材料式用電子逸出功小的材料如LaB6，YB6，TiC 或ZrC 等制造，其中LaB6應用最多，它是用旁熱式加熱陰極來發射電子；c為場致發射型電子槍。陰極材料是用（310）位向的鎢單晶針尖，針尖的曲率半徑大約為100nm，它是利用場致發射效應來發射電子的；圖2.3 三類電子槍原理 （2）電磁透鏡，主要是對電子束進行聚焦，一般有兩到三個透鏡。每個透鏡都配有光闌，可對無用的電子實現遮擋。目前掃描電鏡的透鏡系統有三

12、種結構：（a）雙透鏡系統；（b）雙級勵磁的三級透鏡系統；（c）三級勵磁的三級透鏡系統。其中以三級勵磁透鏡系統具有較多優點，其理由如下：（1）多一級透鏡的效果是使電子束的收縮能力更強，對原始光源的尺寸要求不高，仍可以獲得小于5nm的電子束斑；（2）電子光學系統具有較大的靈活性，便于形成各種掃描式的光路，特別是要形成單偏轉搖擺掃描式的光路（這是一種獲得選區電子通道花樣的光路），只有用三個獨立可調的透鏡系統才有可能做到。 （3）掃描線圈，在掃描信號發生器的作用下，對樣品表面進行從左到右的光柵式掃描。樣品室是試樣的檢測場所，同時裝有各種信號探測器。樣品在該區域可實現上下、前后、旋轉等運動，以便對樣品進

13、行全方位的觀測。2.2.3 掃描系統 掃描系統由掃描發生器和掃描線圈組成。它的作用是：1) 使入射電子束在樣品表面掃描，并使陰極射線顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描；2) 改變入射束在樣品表面的掃描幅度，從而改變掃描像的放大倍數。 2.2.4 信號收集及圖像顯示系統 掃描電鏡應用的物理信號可分為：（1)電子信號，包括二次電子、背散射電子、透射電子和吸收電子。吸收電子可直接用電流表測，其他電子信號用電子收集器；（2)特征X射線信號，用X射線譜儀檢測(EDS)（3)光學信號（陰極熒光） 圖像顯示系統是將電信號轉換為陰極射線顯像管電子束強度的變化，得到一幅亮度變化的掃描像，同時用照相方式記錄下來，或

14、用數字化形式存儲于計算機中。 2.2.5 真空系統 真空系統為電子光學系統提供必需的高真空，保證了電子束的正常掃描，還可以防止樣品受到污染。2.2.6 電源系統電源系統主要是指各種部件的電源，如加速電壓電源、透鏡電源和光電倍增管電源等。2.3 掃描電子顯微鏡的像襯度SEM像襯度的形成主要基于樣品微區包括表面形貌、原子序數、晶體結構、表面電場和磁場等方面存在差異。入射電子與之相互作用，產生各種特征信號，其強度就存在著差異，反映到顯像管熒光屏上的圖像就有一定的襯度，主要包括表面形貌襯度和原子序數襯度。2.3.1 表面形貌襯度表面形貌襯度是指利用與樣品表面形貌比較敏感的物理信號（特別是二次電子）作為

15、顯像管的調制信號，所得到的像襯度。表面形貌襯度通常與原子序數沒有明確的關系。一般情況下，入射電子束與試樣表面法線之間的夾角越大，二次電子產生數量就會越大，則表面形貌襯度越強烈。如圖2.4所示為二次電子形貌襯度產生原理圖。圖2.4 二次電子形貌襯度產生原理圖 背散射電子也可以作為顯示樣品表面形貌的物理信號，但是由于背散射電子對表面形貌的變化不是很敏感，圖像分辨率沒有二次電子圖像高，信號強度較低，所以一般不予采用。2.3.2 原子序數襯度 原子序數襯度也稱為化學成分襯度，它是利用對樣品微區原子序數或者化學成分變化敏感的物理信號作為調制信號得到的一種顯示微區化學成分差別的像襯度，這些物理信號主要包括

16、背散射電子、特征X射線和吸收電子等。2.4 掃描電子顯微鏡的試樣制備1試樣制備直接關系到電子顯微圖像的觀察效果，如果制備的試樣不適合電鏡的觀察條件，再好的儀器也無法得到好的觀察效果。與投射電子顯微鏡相比，SEM的試樣制備較之簡單。在保持材料原始形狀的情況下，直接觀察和研究試樣表面形貌及特征，是SEM的一個突出優點。 用SEM進行觀測時，有以下幾點要求:a、樣品無毒、不具有放射性;b、不能含有揮發物( 水分、油等)。樣品中含有水分將導致:水分子電離放電，導致電子束偏離或波動，無法成像;污染電鏡內部;氧化燈絲，縮短燈絲的使用壽命，如果樣品中含有水、油等易揮發物質時，必須進行預處理(干燥、除油、酸化

17、等)。c、待觀測的樣品必須具有導電性。如觀測陶瓷、纖維或生物樣品等導電性較差的樣品時，電子束會在樣品表面進行累積(荷電效應)，輕則圖像漂移或成霧狀，重則無法成像。如需對不導電或導電性較差的樣品進行觀測時，常見辦法是對樣品進行導電處理。2.4.1 塊狀試樣的制備1、 導電塊狀試樣。對于導電的塊狀試樣，一般只需簡單處理（清洗）或不加處理，只要試樣尺寸在不超過樣品臺規定范圍內，用導電銀漿或膠帶粘在樣品臺上即可。2、 不導電塊狀試樣。對于導電性差或者不導電的塊狀試樣，必須進行導電處理，包括蒸鍍法、電鍍法和導電染色體法等。2.4.2 粉末試樣的制備 對于粉末試樣，一般是將粉末撒在導電膠帶上，然后用吹氣橡

18、膠球輕吹粉末，以使粉末均勻分布在膠帶上，同時把粘結不牢的粉末吹走。然后進行導電處理，再進行觀測。2.4.3 溶液試樣的制備對于溶液試樣通常采用薄銅片作為載體。將溶液小心滴在銅片上，等溶劑完全揮發后觀察析出來的樣品量是否足夠，不夠可再滴一次，若足夠，即可進行導電處理和觀測。第三章 掃描電子顯微鏡發展與應用3.1 掃描電子顯微鏡的發展歷史3.1.1 國外掃描電子顯微鏡發展概況101926年，德國物理學家H·Busch指出：具有軸對稱的磁場可以對電子束起到透鏡的作用。這從理論上利用磁場作為電子透鏡，對電子束進行匯聚和發散奠定了基礎。1932年，德國柏林工科大學的Max Knoll和Erns

19、t Ruska根據這一理論，研制出了第一臺電子顯微鏡（透射式顯微鏡），它是一臺經過改進的陰極射線示波器，成功得到了銅網的放大像，最初放大倍數僅為12倍，盡管放大倍數很小，但它卻證實了使用電子束和電子透鏡能夠形成與光學像相同的電子像。圖3.1為第一臺電子顯微鏡。圖3.1 第一臺電子顯微鏡1935年，Max Knoll為了研究二次發射的現象，對其中一個陰極射線管進行改裝，產生電子束并且能放入試樣，從另一個陰極射線管獲取圖像，兩個顯像管用一個掃描發生器同步。這算是最早的掃描電子顯微鏡雛形，但不具備實用價值。1937年，Manfred von Ardenne對電子束和樣品相互作用的物理過程進行了完善。

20、1940年，英國劍橋大學制作成功SEM。1942年，美國RCA實驗室的Zworykinetal成功建造了第一臺可以檢測試樣的SEM，分辨率達到了1m。1952年，Charles Oatley等制造的SEM分辨率已達到50nm，由此，商業領域開始重視SEM所具備的功能。1960年，Thomas E.Everhart和 Richard F.M.Thornley改善了二次電子探測器，截止目前，E-T探測器依然是SEM二次電子探測器的主流探測器。1965年，劍橋科學儀器公司首先將SEM推向市場，SEM進入新的發展階段，相關技術也得到了飛速發展。1967年，商品化的電子背散射衍射分析技術被引入到SEM中

21、。1975年，美國Amary為了能夠控制加速電壓、放大倍數和磁透鏡焦距的關系，首次將微計算機技術引入SEM中，使得二次電子圖像分辨率達到6nm，至此，SEM進入了數字化時代。80年代，波長分散譜儀(WDS)和能量散射譜儀（EDS）等分析裝置也被引入SEM儀器中，這在很大程度上拓展了SEM的功能和應用價值。1985年，德國的蔡司公司首先推出計算機控制帶有數字幀存器的數字圖像SEM，1990年，SEM已全面進入數字圖像時代。 目前，SEM二次電子圖像分辨率已經趨近極限。高端SEM的生產廠商主要有美國的FEI，日本的Hitachi，德國的Carl Zeiss等。FEI的超高分辨率 Magellan

22、XHR系列SEM是首臺電子能量從1keV到30keV范圍內分辨率達到亞納米SEM，其電子束分辨率在電子能量為15keV 時為0.8nm、5keV 時為0.9nm、1keV時為1.2nm，電子槍的場發射燈絲其壽命長達12個月。2011年6月，Hitachi推出的冷陰極場發射超高分辨率SEM SU9000 的二次電子分辨率更是達到0.4nm，其信號探測器可選二次電子探測器、TOP探測器、BF/DF雙STEM探測器，使SU9000的功能得到極大的擴展。 3.1.2 國內掃描電子顯微鏡發展概況1975年8月，中國科學院科學儀器廠自行研制我國第一臺掃描電子顯微鏡DX-3，分辨率為10nm，加速電壓530

23、kV，放大倍數從20倍10萬倍。1980年中國科學院科學儀器廠研制出DX-5型SEM，分辨率為6nm，放大倍數15倍15萬倍連續可調，有多種信號處理功能，設計了五維運動工作臺。1988年，中科院北京科學儀器廠研制成功LaB6陰極電子槍，使KYKY-1000BSEM的分辨率提高到4nm。1999年，中國科學院北京科學儀器研制中心研制生產的全計算機控制SEM KYKY-3800。當前，北京中科科儀公司是國內主要的SEM生產商，其最新SEM產品是KYKY-EM3900，和國外的先進SEM相比有較大的差距。目前我國只有中國科學院科學儀器廠和上海海邦機械設備制造有限公司在研制和生產掃描電子顯微鏡，主要是

24、生產分辨率為35nm的中高檔熱發射的掃描電子顯微鏡，尚無法生產分辨率小于3nm的場發射SEM，目前我國各高校和研究所從事納米研究所需的高檔場發射掃描電子顯微鏡完全依靠進口，因此自主研制高分辨率場發射掃描電子顯微鏡對于促進我國材料學科的發展，打破國外壟斷具有重大意義。3.2 掃描電子顯微鏡的最新進展及趨勢893.2.1 掃面電子顯微鏡發展階段概述SEM的發展過程可以分為兩個階段： （1）近代階段：前期為60年代第一臺實用SEM開始到80年代，該階段，掃描電鏡主要是在分辨率上得到了較大進展，至80年代末期，全球各廠家的SEM二次電子圖像分辨率已達到4.5nm，采取的措施主要包括：（1）為獲得小束斑

25、，降低透鏡球相差系數；（2）增強照明源（采用LaB6）以提高電子槍亮度；（3）提高真空度；（4）減小外界振動的干擾。 （2）現代階段；雖然該階段SEM在分辨率上取得了很大進展，但是SEM對于不導電或者導電性能不好的試樣需要進行噴金，其次SEM功能比較單一，獲得的材料信息較少，而隨著材料科學特別是半導體工業的發展，對SEM的功能要求越來越高，而試樣也盡量需要保持原始表面，于是從80年代開始，SEM便進入現代發展階段，經過20多年的發展，已經發展了多種SEM，包括附帶多種其他儀器的分析型SEM，場發射SEM，低真空和低電壓SEM，以及近幾年才出現的環境SEM。3.2.2 分析型掃描電子顯微鏡 分析

26、型掃描電子顯微鏡是指對SEM配備多種附加儀器,以便對被測試樣進行多種信息的分析,其附件一般有如下幾種：（1）能譜儀（EDS）附件，可用來分析材料表面微區的成分，并且不用標樣，分析速度快，目前最先進的能譜儀分辨率為5到15eV；（2）電子背散射散射（EBSD）附件，主要做單晶體的物相分析，也可做單晶體的空間位向測定，共格晶界圖以及晶粒尺寸分布圖等。（3）波譜儀（WDS）,主要做成分分析，與能譜儀相比，其檢測靈敏度更高。下面列舉一個典型的SEM儀器：美國FEI公司生產的FIB/SEM聚焦離子/電子雙束顯微電鏡如圖3.2所示。圖3.2 聚焦離子/電子雙束顯微電鏡主要性能：二次電子像分辨率達到0.9n

27、m（15kV）和1.4nm（1kV），放大倍數為40，加速電壓：0.530kV，離子成像分辨率為4nm(30kV) 其加速電壓為0.530KV。主要配置及附件：EDS能譜儀、EBSD背散射電子衍射分析儀、微納結構操作機械手、力學及電學性能測試附件。3.2.3 場發射掃描電子顯微鏡 場發射掃描電子顯微鏡就是采用高亮度場發射電子槍獲得高分辨率的二次電子圖像,目前場致發射電子槍常見的有兩種:冷場致發射式和熱場致發射式。采用場發射電子槍需要很高的真空度,在高真空度下由于電子束的散射更小,其分辨率進一步得到提高。同時,采用磁懸浮技術,噪音振動大為降低,燈絲壽命也有增加。可以觀察和檢測非均相有機材料、無機

28、材料以及微米、納米材料樣品的表面特征,是納米材料粒徑測量和形貌觀察的有效儀器,可廣泛用于生物學、醫學、金屬材料、高分子材料等眾多領域。3.2.4 低電壓和低真空掃描電子顯微鏡12 在SEM中,低電壓是指電子束流加速電壓在1kV左右。此時,對未經導電處理的非導體試樣其充電效應可以減小,電子對試樣的輻照損傷小,且二次電子的信息產額高,成像信息對表面狀態更加敏感,邊緣效應更加顯著。但隨著加速電壓的降低,物鏡的球像差效應增加,使得圖像的分辨率不能達到很高,這就是低電壓工作模式的局限性。低真空為是為了解決不導電試樣分析的另一種工作模式。其關鍵技術是采用了一級壓差光欄,實現了兩級真空。發射電子束的電子室和

29、使電子束聚焦的鏡筒必須置于清潔的高真空狀態。而樣品室不一定要太高的真空。當聚焦的電子束進入低真空樣品室后,與殘余的空氣分子碰撞并將其電離,這些離化帶有正電的氣體分子在一個附加電場的作用下向充電的樣品表面運動,與樣品表面充電的電子中和,這樣就消除了非導體表面的充電現象,從而實現了對非導體樣品自然狀態的直接觀察。3.2.5 環境掃描電子顯微鏡13 低真空SEM樣品室最高低真空壓力為400Pa,現在有廠家使用專利技術,可使樣品室的低真空壓力達到2600Pa ,也就是樣品室可容納分子更多,在這種狀態下,可配置水瓶向樣品室輸送水蒸氣或輸送混合氣體,若跟高溫或低溫樣品臺聯合使用則可模擬樣品的周圍環境,結合

30、掃描電鏡觀察,可得到環境條件下試樣的變化情況。環掃實現較高的低真空,其核心技術就是采用兩級壓差光柵和氣體二次電子探測器,還有一些其它相關技術也相繼得到完善。它是使用1個分子泵和2個機械泵,2個壓差(壓力限制)光柵將主體分成3個抽氣區,鏡筒處于高真空,樣品周圍為環境狀態,樣品室和鏡筒之間存在一個緩沖過渡狀態。使用時,高真空、低真空和環境3個模式可根據情況任意選擇,并且在3種情況下都配有二次電子探測器,都能達到3.5nm的二次電子圖像分辨率。ESEM的特點是: (1) 非導電材料不需噴鍍導電層,可直接觀察,分析簡便迅速,不破壞原始形貌;(2) 可以檢測含油含水易揮發會放氣的樣品,檢測潮濕、新鮮的活

31、樣品,即可進行含油含水樣品的觀察,能夠觀察液體在樣品表面的蒸發和凝結以及化學腐蝕行為; (3)可以用來對處于高溫(最高可達1500e)、低溫(最低可達-185e) 和發光樣品進行形貌觀察和成分分析。3.3 掃描電子顯微鏡的應用 由于SEM功能越來越齊全，分辨率越來越高，使得其在各個領域都有廣發的應用，促進了眾多行業的快速發展。 （1）SEM在材料科學上應用：對材料的組織形貌包括材料剖面的特征、零件內部的結構及損傷的形貌進行觀察和分析，對金屬材料零件表面鍍層表面的分析，對某種試樣的化學成分、晶體結構或位向的分析。圖3.3 S-4800型FESEM下的AlN薄膜（2）SEM在生物學上的應用：包括對

32、種子、花粉、細菌、昆蟲的觀察分析，大大拓寬了生物學的觀察視野。圖3.4 SEM下的花粉粒（3）SEM在醫學上的應用：包括對血球、病毒和細胞的觀察，人工關節的磨損情況分析，大大加速了醫學的發展。如圖3.5所示為用SEM觀察血紅細胞上的流感病毒。圖3.5 SEM下的血紅細胞上的流感病毒顆粒 （4）SEM在其他領域的應用：包括考古學中對文物的勘測，機械行業中電機、零件磨損機理研究，冶金業中金相變化情況，IC行業中線寬測量，安全事故中的彈道分析等等。 第四章 掃描電子顯微鏡發展方向分析 隨著半導體工業和新材料技術等的不斷發展，SEM也在不但向前發展。當前，SEM技術發展方向主要在一下幾個方面： 一，提

33、高電子槍的亮度。目前，亮度最高的電子槍是場發射電子槍。高性能場發射電子槍能夠為SEM提供高亮度、高相干性的電子光源，使SEM能夠在原子尺度上對材料的原子排列和種類進行綜合分析。 二，發展新一代單色器和球差校正器。現在的透射電鏡的球差系數已降低到Cs<0.05mm。色差系數已減小到 0.1。物鏡球差校正器把場發射透射電鏡分辨率從0.19nm提高0.12nm，甚至于小于0.1nm。在球差校正的同時，色差大約增大了30%左右，因此校正球差的同時，也要考慮校正色差。單色器能量分辨率將小于0.1eV，但單色器后的束流只有不加單色器時束流的十分之一左右，因此利用單色器的同時，也要考慮單色器的束流的減少問題。 三，減小外界振動擾動，提高樣品室的清潔真空度。當觀察倍數達到1萬倍以上時，外界的振動干擾是影響SEM圖像分辨率的一個重要因素，同樣，當對試樣表面的精細結構進行觀察時，如果表面玷污，也會嚴重影響觀察結果。因此，設計和發展一個高防震、高清潔真空度系統是極其有必要的。四，通過計算機化控制調節圖像的質量。通過對目前流行的SEM型號可知，計算機操作系統已經完全融入SEM之中。那么，發展計算機圖像處理技術，加強電子計算機的軟件功能，如何在低信噪比條件下保證圖像的質量以及如何把其它領域中圖像處理所采用的數學處理技術應用到SEM中，這很可能是未來SEM發展方向之一。 五，發展低溫SEM技術