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近代物理实验物理系黄冠 00104035
北京大学实验报告
系别物理班号 1 姓名黄冠(同组姓名____林红斌_____)
实验日期 2004 年 2 月 12 日 00104035 教师评定________ _________

扫描电子显微镜观察 CVD 金刚石膜
SEM Investigation of CVD Diamond Films

【实验目的】
熟悉扫描电子显微镜的使用并掌握扫描电镜照相技术。

【实验原理】
扫描电镜可显示亚微米尺度的形貌特征。放大倍数一般可达 20 到 20 万倍,它的分辨率和景深也较
高,是表征 CVD 法制金刚石膜表面形貌的应用最广泛和最有效的方法。
扫描电镜由三部分组成:①电子光学系统(包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈等);②样品室;③样
品所产生信号的收集、处理和显示系统。
扫描电镜在真空状态下运行,真空度为 10-3Pa。
电子枪的热阴极发出的电子受阳极电压加速形成笔尖状电子束。经过多个电磁透镜的会聚,在末透
镜上部的扫描线圈作用下,细电子束在样品表面作光栅状扫描。入射电子与样品表面相互作用可以分成
弹性散射和非弹性散射两类;前者入射电子的能量几乎没有损失,而后者却有能量损失。
扫描电镜中主要的信号是二次电子和背散射电子,主要的工作模式是提供样品的二次电子象。二次
电子是样品原子的外层电子受入射电子激发后有足够能量克服逸出功而离开样品的电子。习惯上把能量
低于 50eV 的信号电子成为二次电子。二次电子产生的区域较小,图像分辨率较高。从样品得到的二次电
子产率与表面形态有密切关系,而受样品成分的影响较小,所以它是研究样品表面形貌的最有用工具。
背散射电子是入射电子在样品中受到大角度散射后反射出的电子,可以是一次散射或多次散射的结果。
这些电子形成的象衬度与样品成分的原子序数密切相关,与样品表面形貌也有一定联系,成为二次电子
象极重要的一种补充。
二次电子象的衬度有两个因素决定:
1. 样品表面被扫描的倾角θ对δ影响所形成表面倾斜衬度。其中θ是样品对于电子束的倾角或电子
的入射角,δ是二次电子产率,即二次电子数与入射电子数之比。θ越大,二次电子产率δ越高。
2. 二次电子信号对样品表面法线的方位角有依赖关系,表面突起物背后处或孔洞内象元的二次电子
信号受到抑制,引起阴影衬度。

【实验步骤】
1. 真空抽气
打开稳压电源(220V),然后向扩散泵供冷却水;打开真空供气系统操作面板上的 EVAC POWER 的
开关,使机械泵开始运转;按入 EVAC 按键,镜体自动进行供气,当 High 高真空指示灯亮,真空抽气完
成。
2. 装样品
①将试样用双面胶纸沾在样品台上,慢慢固定在样品架上。
②将样品微动装置上的调节钮调到 X=20,Y=20,T=0°附近,Z 轴的 EX 合在一起。
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③按入真空抽气系统的 AIR 键,30 秒后取出样品微动装置,将装有样品的样品架装在样品微动装置
上,并推入样品室。
④按入真空抽气系统的 EVAC 键,将镜体抽至高真空,待 HIGH 指示灯亮,抽气完成。
3. 二