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光电检测技术论文.doc


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光电检测技术论文 SEM 的基本原理及系统分析摘要:本文首先介绍了 SEM 的系统,并从原理出发导出了 SEM 的构造,最后介绍了 SEM 的应用和展望。关键词:扫描电镜,电子枪 An Fundamental principle and system analysis of Scanning Electron Microscope Abstract : This paper introduces the system analysis of SEM and SEM derived from the principle of starting the construction, and finally introduces application of SEM , summed up the prospect of SEM. Key words : SEM, Electron gun SEM 是近十余年才发展起来的。它的电子束路径附好与透射电镜的相侧逆。扫描电镜在几个方面具有明显的优越性,它的成象有较大的景深, 不需作样品表面的复型, 可以观察游离细胞、血细胞的表面结构和染色体的次级罗纹, 其分辨率已经达到 2nm 左右。扫描电镜利用电子束在晶体中的通道效应可作选区电子衍射, 进行微区空间结构的分析, 选区范围可小到 10nm 若带上 X 光微区分析仪后,可利用样品在电子束作用下发出的特征X 线来进行表面微区元素成份分析,精度-16 可达 10g 数量级。还可利用样品在电子束作用下的荧光效应来作荧光特性分析。本文主要对 SEM 对一个概括性介绍。 SEM 的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品, 在样品表面激发出次级电子, 次级电子的多少与电子束入射角有关, 也就是说与样品的表面结构有关,次级电子由探测体收集,并在那里被闪烁器转变为光信号,再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度, 显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象,反映了标本的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子, 标本在固定、脱水后, 要喷涂上一层重金属微粒,重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。由电子枪发射出来的电子束,经过两级汇聚镜和一级物镜聚焦后,直径可缩小到 4 nm , 当电子束在样品表面扫描时, 与样品发生作用, 激发出各种信号, 如二次电子、背散射电子、吸收电子、俄歇电子、特征 X 射线等, 在较大的样品室内装有各种探测器, 以检测各种信号, 例如, 二次电子探测器用以检测二次电子,背散射电子探测器用以检测背散射电子, X 射线探测器用以检测特征 X 射线等等。使反映样品形貌、成分及其他物化性能的各种信号都能得到检测, 然后经放大和信号处理, 并以此信号来调制同步扫描的显象管亮度, 在显象管的荧光屏上就可得到各种信息的样品图象。同时,利用特征 X 射线,还能得到样品的成分。扫描电子显微镜仪器构造: (1) 电子枪。电子枪有热电子发射型和场发射型两种。其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。其优点是灯丝价格较便宜, 对真空度要求不高, 缺点是钨丝热电子发射效率低,发射源直径较大,即使经过二级或三级聚光镜,在样品表面上的电子束斑直径也在 5-7nm , 因此仪器分辨率受到限制。现在, 高等级扫描电镜采用六硼化镧( LaB6 ) 或场发射电子枪, 使二次电子像的分辨率达到 2nm 。但这种电子枪要求很高的真空度。为了获得较高的信号强度和图像分辨率,扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。(2) 电磁透镜。其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小,是原来直径约为 50m m 的束斑缩小成一个只有数 nm 的细小束斑。其工作原理与透射电镜中的电磁透镜相同。扫描电镜一般有三个聚光镜,前两个透镜是强透镜, 用来缩小电子束光斑尺寸。第三个聚光镜是弱透镜, 具有较长的焦距,在该透镜下方放置样品可避免磁场对二次电子轨迹的干扰。(3) 扫描系统。它是扫描电镜成象的一个重要组成部分,它的功能是使聚焦后的电子束在样品表面做光栅扫描。(4) 样品室。样品室中主要部件是样品台。它出能进行三维空间的移动,还能倾斜和转动,样品台移动范围一般可达 40 毫米,倾斜范围至少在 50 度左右, 转动 360 度。样品室中还要安置各种型号检测器。信号的收集效率和相应检测器的安放位置有很大关系。样品台还可以带有多种附件,例如样品在样品台上加热,冷却或拉伸,可进行动态观察。近年来, 为适应断口实物等大零件的需要, 还开发了可放置尺寸在Φ 125mm 以上的大样品台。(5) 检测器。其作用是检测样品在入射电子作用下产生的物理信号, 然后经视频放大作为显像系统的调制信号。不同的物理信号需要不同类型的检测

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  • 时间2017-05-28