扫描电子显微镜的应用在哪些领域?

        扫描电子显微镜最基本的功能是对各种固体样品表面进行高分辨形貌观察。大景深图像是扫描电镜观察的特色,例如:生物学,植物学,地质学,冶金学等等。观察可以是一个样品的表面,也可以是一个切开的面,或是一个断面。冶金学家已兴奋地直接看到原始的或磨损的表面。可以很方便地研究氧化物表面,晶体的生长或腐蚀的缺陷。它一方面可更直接地检查纸,纺织品,自然的或制备过的木头的细微结构,生物学家可用它研究小的易碎样品的结构。例如:花粉颗粒,硅藻和昆虫。另一方面,它可以拍出与样品表面相应的立体感强的照片。

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SS-150台式扫描电镜

 

        在扫描电镜应用中,很多集中在半导体器件和集成电路方面,它可以很详细地检查器件工作时局部表面电压变化的实际情况,这是因为这种变化会带来象的反差的变化。焊接开裂和腐蚀表面的细节或相互关系可以很容易地观察到。利用束感生电流,可以观测半导体P—N结内部缺陷。

 

        电子束与样品作用区内,还发射与样品物质其他性质有关信号。例如:与样品化学成分分布相关的,背散射电子,特征X射线,俄歇电子,阴极荧光,样品吸收电流等;与样品晶体结构相关的,背散射电子衍射现象的探测;与半导体材料电学性能相关的,二次电子信号、电子束感生电流信号;在观察薄样品时产生的透射电子信号等。目前分别有商品化的探测器和装置可安装在扫描电镜样品分析室,用于探测和定性定量分析样品物质的相关信息。

 

        扫描电子显微镜对于固体材料的研究应用非常广泛,没有任何一种仪器能够和其相提并论。对于固体材料的全面特征的描述,扫描电子显微镜是至关重要的。

 

  扫描电子显微镜具体功能用途归纳如下:

        1、扫描电镜追求固体物质高分辨的形貌,形态图像(二次电子探测器SEI)-形貌分析(表面几何形态,形状,尺寸)

        2、显示化学成分的空间变化,基于化学成分的相鉴定---化学成分像分布,微区化学成分分析

        1)用x射线能谱仪或波谱(EDSorWDS)采集特征x射线信号,生成与样品形貌相对应的,元素面分布图或者进行定点化学成分定性定量分析,相鉴定。

        2)利用背散射电子BSE)基于平均原子序数(一般和相对密度相关)反差,生成化学成分相的分布图像;

        3)利用阴极荧光,基于某些痕量元素(如过渡金属元素,稀土元素等)受电子束激发的光强反差,生成的痕量元素分布图像。

        4)利用样品电流,基于平均原子序数反差,生成的化学成分相的分布图像,该图像与背散射电子图像亮暗相反。

        5)利用俄歇电子,对样品物质表面1nm表层进行化学元素分布的定性定理分析,

        3、在半导体器件(IC)研究中的特殊应用:

        1)利用电子束感生电流EBIC进行成像,可以用来进行集成电路中pn结的定位和损伤研究

        2)利用样品电流成像,结果可显示电路中金属层的开、短路,因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。

        3)利用二次电子电位反差像,反映了样品表面的电位,从它上面可以看出样品表面各处电位的高低及分布情况,特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。

        4、利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构(原子在晶体中的排列方式),晶体取向分布分析,基于晶体结构的相鉴定。

        以上是扫描电子显微镜的主要功能。同时扫描电子显微镜还可以作为显微操作平台,可接配纳米机械手、微机械探针、接配离子枪等装置,进行离子切割加工,纳米操作,微区尺度物理化学性质测量;为适应材料的动态观察和材料所处环境,可配置特殊样品台,如机械拉伸台、高温样品台、低温样品台,样品分析室充入可与样品发生物理化学反应的特殊气体。

  扫描电子显微镜小结:

 

        扫描电镜通常至少有一个探测器(一般为二次电子探测器SEI),很多都配有额外的探测器,如EDS,BSE,WDS,EBSD,CL等等,但特定仪器的特殊功能强烈依赖于合适的探测器,同时探测器的安装角度即样品分析室的专业设计,对于分析效果影响重大。深入了解各种功能机理,才能获得最佳的电子显微分析质量。

 

        市场扫描电镜型号规格繁多,从经济角度考虑,并非所有型号都设计成全能分析型。用户须根据对样品的观察分析需要,选择合适的扫描电镜。

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创建时间:2019-01-21 16:34
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