1、SU6600設(shè)備簡(jiǎn)介設(shè)備名HITACHISU6600SchottkyEmissionVPFE-SEM稱日立可變真空度熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡SU6600是日立公司為分析應(yīng)用推出的新型熱場(chǎng)掃描電鏡,可以提供200nA的探針電流,并且配置了VP(VariablePressure)功能,可向樣品室充入氣體,可以滿足不導(dǎo)電樣品的無蒸鍍觀測(cè)：在低真空(10300Pa)下可能獲得優(yōu)于設(shè)備簡(jiǎn)3.5nm的高分辨背散射電子像.該設(shè)備適用于微納米材料精介細(xì)形貌觀察,可得到高質(zhì)量高分辨二次電子圖像.配備的EDAX公司的X射線能譜儀可對(duì)樣品做定性及定量分析.該設(shè)備適用于材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的微觀表征和分析.電子

2、槍類型：熱場(chǎng)發(fā)射探針電流：1pA200nA加速電壓：0.530KVSE圖像分辨率:1.2nm(Vacc：30kV)設(shè)備參BSE圖像分辨率：3.5nm(Vacc：30kV,10Pa)數(shù)放大倍率：10600,000EDS探測(cè)器：EDAX加速電壓：0.530kV環(huán)掃真空度：10300Pa主要附件介紹附件一：EDAXApollo硅漂移電制冷能譜EDS探頭硬件參數(shù)：探頭晶體-L作區(qū)卸積：10mm分辨率：125eV峰背比：9000:1檢測(cè)兀素范圍：Be4Am95掃描電子顯微鏡SEM概論掃描電子顯微鏡的設(shè)計(jì)思想和工作原理,早在1935年便已被提出來了.1942年,英國首先制成一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室用的掃描電鏡,但由于成

3、像的分辨率很差,照相時(shí)間太長,所以實(shí)用價(jià)值不大.經(jīng)過各國科學(xué)工作者的努力,尤其是隨著電子工業(yè)技術(shù)水平的不斷開展,到1956年開始生產(chǎn)商品掃描電鏡.近數(shù)十年來,掃描電鏡已廣泛地應(yīng)用在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、冶金學(xué)等學(xué)科的領(lǐng)域中,促進(jìn)了各有關(guān)學(xué)科的開展.掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用.當(dāng)一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)外表時(shí),被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子,以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射.同時(shí),也可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、晶格振動(dòng)聲子、電子振蕩等離子體.原那么上講,利用電子和物質(zhì)的相互作用,可以獲取被測(cè)樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息,

4、如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場(chǎng)或磁場(chǎng)等等.、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡根本原理被加速的高能電子束照射到樣品上在高真空狀態(tài)下,入射電子束與樣品相互作用,產(chǎn)生各種信號(hào),通過不同的探測(cè)器檢測(cè)各種不同的信號(hào),便可以得到有關(guān)樣品的各種信息.例如,最常見的二次電子信息,就能直接得到樣品外表的圖像信息.場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡與普通掃描電鏡不同的是采用高亮度場(chǎng)發(fā)射電子槍,從而獲得高分辨率的高質(zhì)量二次電子圖象可以觀察和檢測(cè)非均相有機(jī)材料、無機(jī)材料及微米、納米材料樣品的外表特征,是材料外表形貌觀察有效儀器.廣泛用于金屬材料、高分子材料、化工原料、地質(zhì)礦物、商品檢測(cè)、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量限制、寶石鑒定、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考

5、古和文物鑒定及公安刑偵物分析等.1 .光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡光學(xué)顯微鏡是用可見光照射在樣品外表,反射光通過一系列玻璃透鏡放大后而呈現(xiàn)出樣品的放大圖象,由于波長和光干預(yù)限制,極限只能觀察到小至200nm左右的顆粒.與光學(xué)顯微鏡不同,場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡電子束波長極短是用電子束在樣品表面掃描,電子束轟擊樣品外表,釋放出二次電子和反射電子等,通過二次電子探測(cè)器檢測(cè)二次電子信號(hào),按相同掃描規(guī)律,在顯示器上成像.由于二次電子信號(hào)與樣品的原子系數(shù)大小和入射角有關(guān),而入射角因樣品外表粗糙度形貌而變化,故可直接獲得高質(zhì)量的樣品外表形貌圖象.而掃描圖象景深大,得到的二次電子圖象有主維空間效果立體感相當(dāng)好.目

6、前,高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡能觀察到小至1nm對(duì)普通樣品一般只能觀察幾納米以上的樣品左右的顆粒.和光學(xué)顯微鏡及透射電鏡相比,掃描電鏡具有以下特點(diǎn)：一能夠直接觀察樣品外表的結(jié)構(gòu),樣品的尺寸可大至120mm<80mm<50mm.二樣品制備過程簡(jiǎn)單,不用切成薄片.三樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn),因此,可以從各種角度對(duì)樣品進(jìn)行觀察.四景深大,圖象富有立體感.掃描電鏡的景深較光學(xué)顯微鏡大幾百倍,比透射電鏡大幾十倍.五圖象的放大范圍廣,分辨率也比擬高.可放大十幾倍到幾十萬倍,它根本上包括了從放大鏡、光學(xué)顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍.分辨率介于光學(xué)顯微鏡與透射電鏡之間,可達(dá)1nm

7、.六電子束對(duì)樣品的損傷與污染程度較小.七在觀察形貌的同時(shí),還可利用從樣品發(fā)出的其他信號(hào)作微區(qū)成分分析.2 .電子束與樣品的相互作用入射電子照射到樣品上,其中一局部幾乎不損失其能量地在樣品外表被彈性散射回來,把這一局部電子稱為背散射電子BSE;如果樣品非常薄,那么入射電子的一局部會(huì)穿過樣品,將這一局部電子稱為透射電子TE;其余電子的全部能量都在樣品內(nèi)消耗掉而為樣品所吸收,即為吸收電子AE;此外,入射電子會(huì)將樣品外表大約10nm層的電子打出樣品外表,發(fā)射出能量極小50eV的二次電子SE,其中也包括由于俄歇Auger效應(yīng)而產(chǎn)生的具有特征能量的俄歇電子.在產(chǎn)生這些電子的同時(shí),還會(huì)產(chǎn)生連2ix射線和特征

8、x射線,以及陰極熒光等.掃描電鏡配以不同的檢測(cè)器,就可以得到樣品的不同信息.3 .二次電子像掃描電鏡最常用是利用二次電子SE信號(hào)成像.由于樣品外表的上下、凸凹不平,電子束照射到樣品上,入射角隨樣品外表粗糙度形貌不同而變化,因此造成激發(fā)的二次電子數(shù)也不同,即樣品的上下、形狀等樣品外表形貌產(chǎn)生不同強(qiáng)度的二次電子信息.電子束在樣品上逐點(diǎn)掃描,產(chǎn)生不同數(shù)量構(gòu)成圖象反差的二次電子信號(hào),依次用相同規(guī)律在顯示器上掃描顯示出亮暗二次電子多的點(diǎn)越亮點(diǎn),也就是相應(yīng)的圖象象素.再由這些象素點(diǎn)組成一幅完整的二次電子圖象.二、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡根本構(gòu)造場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡大致包括以下幾個(gè)局部：電子源：也稱電子槍,產(chǎn)生

9、連續(xù)不斷的穩(wěn)定的電子流.電子槍目前主要有：熱發(fā)射和場(chǎng)發(fā)射.電子槍一般由由陰極燈絲、柵極通常也稱為威耐耳特Wennelt圓帽和陽極組成.熱發(fā)射電子槍是利用高溫使電子克服燈絲材料的功函數(shù)發(fā)射出來,工作溫度在2800K左右LaB6是1900K.其陰極采用能加熱的鴇燈絲或六硼化鐲燈絲,柵極圍在陰極周圍.被加熱的燈絲釋放出電子,并施加高壓,形成加速電場(chǎng),從而使電子得到能量一一高速飛向在高真空鏡筒中樣品.而場(chǎng)發(fā)射電子槍與熱發(fā)射電子槍有所不同,它是利用外加電場(chǎng)使電子克服燈絲材料的功函數(shù)發(fā)射出來,工作溫度在300K,接近室溫.電子直接依靠隧道穿過勢(shì)壘離開陰極,由加速電壓加速產(chǎn)生高速電子流飛向樣品.一般來說,掃

10、描電鏡加速電壓通常為130kV.電子透鏡：將從鴇絲發(fā)射出來的電子會(huì)聚成直徑最小為1-5nm電子束.掃描系統(tǒng)：使電子束作光柵掃描運(yùn)動(dòng).消象散裝置：當(dāng)電子光學(xué)系統(tǒng)中所形成的磁場(chǎng)或靜電場(chǎng)不能滿足軸對(duì)稱的要求時(shí),便會(huì)產(chǎn)生象散.干擾電子束的正常聚焦.消象散裝置的作用就是產(chǎn)生一個(gè)弱的校正磁場(chǎng),以抵消原透鏡磁場(chǎng)的非軸對(duì)稱性.檢測(cè)器：獲得樣品外表形貌圖象信號(hào).真空系統(tǒng)：在任何電鏡中都必須預(yù)防或減少電子與氣體分子的碰撞.這就意味著真空度須在10-4-10-6Torr1Torr=1mmHg之間.場(chǎng)致發(fā)射電子槍,在電子槍中必須維持超高真空10-10Torr以上.操作臺(tái)：操作限制掃描電子顯微鏡各個(gè)部件三、樣品的制備場(chǎng)

11、發(fā)射掃描電子顯微鏡樣品必須是具有一定化學(xué)、物理穩(wěn)定性的枯燥固體、塊狀、片狀、纖維狀及粉末.在真空中及電子束轟擊下不會(huì)揮發(fā)或變形,無磁性、放射性和腐蝕性.粉末樣品需要1g左右,如樣品很少時(shí)幾毫克也夠用.下面介紹一般納米粉末樣品的制備.超聲波分散：納米粉末樣品首先用超聲波分散,分散液用雙蒸水、乙醇等.放置樣品：分散后的懸濁液用滴管滴到樣品臺(tái)上的載玻片上,注意載玻片要小于樣品臺(tái),樣品不要滴到載玻片以外.鍍膜：為預(yù)防了樣品充電以及提供二次電子發(fā)射率,需在樣品外表噴涂一層很薄的重金屬(Au、Pt)膜.能譜儀簡(jiǎn)介能譜儀(EDS,EnergyDispersiveSpectrometer)是用來對(duì)材料微區(qū)成分

12、元素種類與含量分析,配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用.各種元素具有自己的X射線特征波長,特征波長的大小那么取決于能級(jí)躍遷過程中釋放出的特征能量E,能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來進(jìn)行成分分析的.EDS主要用途：1、高分子、陶瓷、混凝土、生物、礦物、纖維等無機(jī)或有機(jī)固體材料分析；2、金屬材料的相分析、成分分析和夾雜物形態(tài)成分的鑒定；3、可對(duì)固體材料的外表涂層、鍍層進(jìn)行分析,如：金屬化膜外表鍍層的檢測(cè)；4、金銀飾品、寶石首飾的鑒別,考古和文物鑒定,以及刑偵鑒定等領(lǐng)域；5、進(jìn)行材料外表微區(qū)成分的定性和定量分析,在材料外表做元素的面、線、點(diǎn)分布分析.EDS的一些討論無論掃

13、描電鏡還是透射電鏡,現(xiàn)在購置的時(shí)候能譜幾乎成了標(biāo)配,由于價(jià)格相對(duì)電鏡來說只有五分之一甚至六分之一,而且分析速度快,可以在線分析微區(qū)內(nèi)樣品組分,給出半定量或者定量結(jié)果,如果透射電鏡有掃描附件,也和掃描電鏡一樣能給出漂亮的元素分布map,這對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果來說,是一個(gè)很有益而且很直觀的支持.但由于能譜畢竟是從1951年法國牛人R.Castaing開始提出原理,1957年才用了相關(guān)原理制造了EMMA(ElectronMicroscopicMicroanalyzer)上市,而開始使用EDS更晚,到了1968年才有開始使用鋰漂移硅探頭的EDS系統(tǒng)附加在電鏡上,至今也不過40年時(shí)間.所以有不少儀器分析的課本里

14、面較少涉及相關(guān)內(nèi)容,這也就給初次接觸這種分析測(cè)試設(shè)備的人帶來了不少疑問.相關(guān)根底知識(shí)可以通過看相關(guān)書籍,比方?電子顯微分析?第八章.這里就一些常見的小問題說一下看法：1 .能譜的縮寫是EDS還是EDX?開始的時(shí)候能譜的縮寫有很多,比方EDS,EDX,EDAX等,大家對(duì)此也都心照不宣,知道ED就是EnergyDispersive,后面由于X-rayAnalysis和Spectrum這幾個(gè)詞的不同用法,導(dǎo)致了縮寫的不同.而且相應(yīng)的漢譯也有很多,比方能量色散譜,能量散射譜等等.大概是2004年左右,相關(guān)協(xié)會(huì)規(guī)定,EDS就是能譜或者能譜儀,EDX呢,就是能譜學(xué),Dispersive就不去譯.這樣EDS

15、就應(yīng)該是文章里的正規(guī)用法,而現(xiàn)在有很多文章仍然使用其他說法,有約定俗成的味道,大家知道怎么回事就行了.2 .由于很多人知道TEM的分辨率高,所以認(rèn)為TEM所配能譜的分辨率高于SEM.這可以說是一個(gè)非常錯(cuò)誤的論斷.同樣廠家的能譜,同一時(shí)期的產(chǎn)品,用于TEM的分辨率通常要低于SEM幾個(gè)eV,誠然,TEM可能會(huì)觀察到更小的細(xì)節(jié),但這只是能譜分析范圍的精準(zhǔn),并不代表能譜的分辨率高.SEM的樣品比擬容易制備,而且跟厚度關(guān)系不大,一般電子束深入樣品的高度為幾個(gè)微米,定量時(shí)可以放相應(yīng)樣品的標(biāo)樣比方純Si就用純Si標(biāo)樣,MgO就用MgO標(biāo)樣,有很多國家級(jí)標(biāo)樣供選擇來做校正.比擬重的元素諸如很多金屬和稀土元素的

16、分析結(jié)果可以認(rèn)為是定量的.上海硅酸鹽研究所的李香庭教授對(duì)SEM和電子探針的EDS分析結(jié)果做過比擬系統(tǒng)的講述,摘抄如下：EDS分析的最低含量是0.x%注：這個(gè)x是因元素不同而有所變化的.電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通那么國家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了EDS的定量分析的允許誤差不包括含超輕元素的試樣.對(duì)平坦的無水、致密、穩(wěn)定和導(dǎo)電良好的試樣,定量分析總量誤差小于冷.另外,EDS分析的相對(duì)誤差也有相應(yīng)的規(guī)定：a主元素20%wt允許的相對(duì)誤差£$%.b） 3%wt£含量£20%wt的元素,允許的相對(duì)誤差£10%.c） 1%wt£含量£3%wt的元素

17、,允許的相對(duì)誤差£30%.d） 0.5%wt£含量£l%wt的元素,允許的相對(duì)誤差£50%.對(duì)于不平坦試樣,可用三點(diǎn)分析結(jié)果的的平均值表示,或在總量誤差小于等于邙%的情況下,如確認(rèn)沒有漏測(cè)元素時(shí),允許使用歸一化值作為定量分析結(jié)果.偏差大于邙,只能作為半定量結(jié)果處理.但很多時(shí)候并沒有相應(yīng)標(biāo)樣,也就用數(shù)據(jù)庫里的標(biāo)樣數(shù)據(jù)直接用來定量,稱為無標(biāo)樣定量.雖然無標(biāo)樣定量分析方法現(xiàn)在無國家標(biāo)準(zhǔn),但在不平試樣、粉體試樣及要求不高的一般分析研究中,應(yīng)用還比擬廣泛,現(xiàn)在正在考慮制定“EDS無標(biāo)樣定量分析方法國家標(biāo)準(zhǔn).TEM的樣品多數(shù)是薄樣品,這對(duì)于分析來說似乎是件好事,由于

18、可以減少干擾,但定量的時(shí)候需要考慮樣品厚度,反而又是個(gè)難題,由于很難準(zhǔn)確得出微區(qū)上的樣品厚度,這就給定量帶來了很大難題,而且就是有標(biāo)樣,也由于無法做出相應(yīng)厚度的樣品去對(duì)應(yīng)比擬.這樣,大家應(yīng)該就能理解,對(duì)于很多樣品,TEM的EDS分析就是半定量的,對(duì)于輕元素,甚至只能定性,大家能做到的,就是選取適當(dāng)合理的分析工具,盡量找到干擾小的區(qū)域,取多點(diǎn)分析平均最好隨機(jī)取20點(diǎn)以上,以盡量減少誤差.3. EDS的分析結(jié)果里面會(huì)有原子比atomic%和元素比也就是質(zhì)量比,weight%的數(shù)據(jù),這里要提醒大家注意一點(diǎn),由于EDS分析并沒有那么精確,所以盡管分析報(bào)告的結(jié)果會(huì)有兩位小數(shù),但只取一位小數(shù)就夠了.4. EDS的譜峰有很多峰位對(duì)應(yīng)于一個(gè)元素,是不是說明這個(gè)元素含量很高？看了EDS的原理這個(gè)問題就會(huì)明白,EDS是一個(gè)電子殼層的電子被外來粒子或者能量激發(fā),留下一個(gè)空位,然后外層電子躍遷至這個(gè)空位,同時(shí)就會(huì)放出特征X射線,這樣不同殼層之間的電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的能量差就會(huì)有不同的譜線,EDS譜線就是把這些特征X射線脈沖的累積分開得到的.這樣就能理解譜線越多,說明外面的電子占有殼層越多.而定量分析時(shí)是根據(jù)不同元素來選擇不同線系的譜峰強(qiáng)度以及這個(gè)元素的響應(yīng)值來做計(jì)算的,所以譜峰多跟元素含量沒有關(guān)系.對(duì)于譜線的命名,如果大家有興趣,可以從這個(gè)網(wǎng)址下一份資料,里面提到IUPAC和最早Siegbahn對(duì)譜線命