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            掃描電子顯微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)

            ? ? ? ?掃描電子顯微鏡是一種電子光學類儀器設備,其基本原理是利用聚焦電子束在樣品表面進行逐行掃描,電子束與樣品表面物質進行相互作用,產生俄歇電子、二次電子、背散射電子、特征x射線、連續譜X射線、透射電子,和吸收電流等信號,使用不同探測器將產生的信號收集起來,分別用二維圖像和譜線的形式表示,就會得到相應信號的電子圖像及譜圖,從而開展樣品的形貌分析、成分分析、晶體結構分析等應用研究。



            SEM 主要構成

            掃描電子顯微鏡由三大部分組成:真空系統,電子光學系統,電氣控制系統。

            SEM 基本參數

            放大倍數:通常是指底片放大倍數,即在標準尺寸下,量得照片上的長度除以實際掃描的長度。



            屏幕放大倍數:通過數碼放大的方式,將照片進行虛擬放大,照片的實際長度就會比標準尺寸長度大很多,由此得到的放大倍數為屏幕放大倍數。盲目增大放大倍數,只能是虛擬放大,就像單反相機的實際放大倍數和虛擬放大倍數的差別。

            分辨率:分辨率是掃描電鏡性能判斷的最基本指標。

            根據幾何光學,物體上的一個發光點經透鏡成像后應得到一個幾何像點。但由于光的波動性,一個物點經透鏡后在象平面上得到的是一個以幾何像點為中心的衍射斑,又稱Airy斑。



            “瑞利判據”:當一個Airy斑的邊緣與另一個Airy斑的中心正好重合時,此時對應的兩個物點剛好能被人眼或光學儀器所分辨,這個判據稱為瑞利判據。

            根據瑞利判據,兩個光點逐步靠近時,對應的衍射斑也從分離趨于重合。當兩個衍射斑的半高寬重疊, 則認為不可區分了。此時兩個衍射斑之間的距離即為分辨率。



            λ:入射光波長 ɑ:透鏡孔徑角 n : 透鏡介質折射率

            根據計算公式可以看出,電子顯微鏡的理論分辨率與入射光波長有直接關系,波長越小,分辨率越高。電子波長和加速電壓成反比關系,電壓越高,波長越短,同時分辨率就越高。



            景深:透鏡系統,對樣品表面各個高低不平部位同時進行聚焦成像的一個能力范圍。

            WD相同,物鏡光闌越小,景深越好;

            物鏡光闌相同,WD越大,景深越好;

            WD相同、光闌相同,放大倍數越小,景深越好;

            所以,高倍數下想要獲得好的景深,用小的光闌,適當增加WD。

            工作距離:圖像聚焦清晰時,樣品表面距物鏡下極靴的距離,簡稱WD。

            縮短工作距離,在一點程度上可以減小像差,達到提高圖像質量的目的。

            幾種電子源

            參數

            鎢燈絲

            LaB6

            冷場

            熱場

            亮度(A/cm2·sr)

            1E5

            1E6

            1E8-1E9

            5E8

            交叉斑 (μm)

            20-40

            7-15

            0.01-0.02

            0.02-0.04

            工作溫度(K)

            2650-2750

            1750-1850

            300

            1750-1800

            逸出功(eV)

            4.4-4.5

            2.0-2.9

            4.1

            2.5-2.9

            分辨率

            3nm

            2.5nm

            <1nm

            1nm

            電流密度 A/cm2

            1.3

            25

            50K

            500

            使用壽命(小時)

            100左右

            >500

            10000

            >10000

            SEM應用

            掃描電鏡在基礎科學研究、生產工藝控制、產品質量鑒定等方面得到十分廣闊的應用,主要應用于國防、航天、生命科學、醫學、生物學、地質勘探、病蟲害的防治、災害鑒定、刑事偵察等。

            具體為:

            新能源、新材料:電池正負極材料,復合材料、高分子材料、納米材料等;

            半導體:器件表面、斷面分析,半導體材料,封裝焊點分析,硅片檢查、電路分析等;

            生物領域:海藻、硅藻等動植物、微生物;

            冶金礦業:煤炭,石油、稀土、金屬等;

            建筑行業:混凝土、耐火磚、水泥粉末等;

            化工行業:染料、四鉬酸銨、碳酸錳凝聚顆粒等;

            陶瓷行業:陶瓷晶粒、氧化鋯、過濾陶瓷等陶瓷行業;

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