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sem化學(xué)儀器（sem儀器原理）

發(fā)布時(shí)間：2023-04-14 16:52:57 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 101

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于sem化學(xué)儀器的問(wèn)題，以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理，讓我們一起來(lái)看看吧。

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本文目錄:

1、樣品制備-使用離子濺射儀改善SEM成像
2、sem和光刻機(jī)區(qū)別
3、FTIR和SEM是什么?
4、掃描電鏡（SEM）能測(cè)出晶型嗎

sem化學(xué)儀器（sem儀器原理）

一、樣品制備-使用離子濺射儀改善SEM成像

離子濺射儀為掃描電子顯微鏡（SEM）最基本的樣品制備儀器，在一些情況下，通過(guò)使用離子濺射儀可以幫助SEM獲得更好的圖像及特征點(diǎn)。

SEM基本上是可以對(duì)所以類(lèi)型的試樣進(jìn)行圖像處理，粉末，半導(dǎo)體，高分子材料，陶瓷，金屬，地質(zhì)材料，生物樣品等。然而有些特殊的樣品通過(guò)SEM收集高質(zhì)量的照片，是需要操作者使用額外的樣品制備的方法，這個(gè)額外的樣品制備方法，通常是在試樣的表面濺射一層導(dǎo)電薄膜材料，通常在5-20nm左右。

需要濺射的樣品

非導(dǎo)電材料

通常我們需要濺射噴金的非導(dǎo)電材料，由于它們的材料本身的非導(dǎo)電性，其表面帶有電子陷阱，這種表面的電荷的聚集，容易造成樣品表面的放電現(xiàn)象，是嚴(yán)重影響到樣品的圖像質(zhì)量。為了消除放電現(xiàn)象，我們通常的解決問(wèn)題的方法是降低掃描電鏡樣品室的真空度，這樣可以將樣品表面的引入正電荷的分子，它可以與放電電子相互中和，從而消除放電現(xiàn)象，但是此種方法并不是獲取高分辨率的圖像的有限辦法。

獲取高分辨率高質(zhì)量的SEM圖像，建議操作人員使用離子濺射儀，在樣品表面濺射一層金屬薄膜，將放電電子從樣品表面轉(zhuǎn)移走。

電子束敏感樣品

　對(duì)于SEM需要噴金的另外一類(lèi)樣品室電子束敏感樣品。這類(lèi)樣品通常是生物樣品和高分子樣品，尤其是鋰電池隔膜等。SEM的電子束具有較高的能力，在電子轟擊樣品的過(guò)程中，他會(huì)在樣品的表面形成能力的聚集，會(huì)對(duì)樣品的表面形成灼傷，從而損壞樣品表面的微觀相貌，這種情況下，我們會(huì)在非電子束敏感樣品的表面濺射一層金屬薄膜從而起到保護(hù)作用，防止樣品的損失。

為了準(zhǔn)確高分辨率高質(zhì)量的SEM圖像，建議操作人員選擇使用離子濺射儀，在樣品表面濺射一層導(dǎo)電通路。離子濺射儀的樣品制備技術(shù)可以有效的提高SEM圖像的質(zhì)量和分辨率，在掃描電子顯微鏡的成像過(guò)程中，濺射材料可以有效的提高信噪比，從而獲取更高質(zhì)量的成像。

離子濺射儀的缺點(diǎn)

　由于操作簡(jiǎn)單，在使用離子濺射儀的過(guò)程中，操作人員大可不必有太多的顧慮，在操作人員需要不斷調(diào)整離子濺射儀的參數(shù)，尋找合適的濺射效果，另外離子濺射有一個(gè)缺點(diǎn)是，濺射后的樣品，不再是原始的材料，元素的襯度信息會(huì)有所丟失。但在大多數(shù)的情況下，通過(guò)多次模式參數(shù)，操作人員是可以既能夠得到高分辨高質(zhì)量的圖像，又不會(huì)丟失樣品的原始信息。

濺射材料

　通常濺射的材料是金屬材料，因?yàn)閷?dǎo)電性高，濺射顆粒小，例如我公司生產(chǎn)的GVC-2000磁控離子濺射儀，在濺射黃金靶材的時(shí)候，我們可以達(dá)到5-10nm的金屬顆粒，如果選用鉑金顆粒的直徑會(huì)更小達(dá)到5nm以內(nèi)，此款儀器主要配備各大電鏡廠家生產(chǎn)的場(chǎng)方式電鏡，正是因?yàn)闉R射的顆粒小，在高分辨下，圖像是沒(méi)有顆粒感，可以得到較高的質(zhì)量的電鏡圖像。

此外，如果需要EDS能譜分析時(shí)，SEM操作人，可以通過(guò)EDS分析軟件屏蔽靶材的元素選項(xiàng)，從而不會(huì)影響X射線與其他的元素的峰值發(fā)生沖突。

當(dāng)然，我公司生產(chǎn)的 GVC-2000磁控離子濺射儀，可以支持多種靶材的選項(xiàng)，例如，鉻，銀，銅，銥等，如銅，鋁等是需要接入氬氣的，儀器預(yù)留好了氬氣接口，可以支持鏈接氬氣瓶使用，從而得到更小的金屬顆粒，獲取更高分辨率的圖像。

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二、sem和光刻機(jī)區(qū)別

sem和光刻機(jī)區(qū)別

二者之間結(jié)構(gòu)差異主要體現(xiàn)在樣品在電子束光路中的位置不同。透射電鏡（TEM）的樣品在電子束中間，電子源在樣品上方發(fā)射電子，經(jīng)過(guò)聚光鏡，然后穿透樣品后，有后續(xù)的電磁透鏡繼續(xù)放大電子光束，最后投影在熒光屏幕上;掃描電鏡（SEM）的樣品在電子束末端，電子源在樣品上方發(fā)射的電子束，經(jīng)過(guò)幾級(jí)電磁透鏡縮小，到達(dá)樣品。當(dāng)然后續(xù)的信號(hào)探測(cè)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)不同，但從基本物理原理上講沒(méi)什么實(shí)質(zhì)性差別。

相同之處:都是電真空設(shè)備，使用絕大部分部件原理相同，例如電子槍?zhuān)磐哥R，各種控制原理，消象散，合軸等等。

2、SEM和TEM基本工作原理：

透射電鏡（TEM）:電子束在穿過(guò)樣品時(shí)，會(huì)和樣品中的原子發(fā)生散射，樣品上某一點(diǎn)同時(shí)穿過(guò)的電子方向是不同，這樣品上的這一點(diǎn)在物鏡1-2倍焦距之間，這些電子通過(guò)過(guò)物鏡放大后重新匯聚，形成該點(diǎn)一個(gè)放大的實(shí)像，這個(gè)和凸透鏡成像原理相同。這里邊有個(gè)反差形成機(jī)制理論比較深就不講，但可以這么想象，如果樣品內(nèi)部是絕對(duì)均勻的物質(zhì)，沒(méi)有晶界，沒(méi)有原子晶格結(jié)構(gòu)，那么放大的圖像也不會(huì)有任何反差，事實(shí)上這種物質(zhì)不存在，所以才會(huì)有這種牛逼儀器存在的理由。經(jīng)過(guò)物鏡放大的像進(jìn)一步經(jīng)過(guò)幾級(jí)中間磁透鏡的放大（具體需要幾級(jí)基本上是由電子束亮度決定的,如果亮度無(wú)限大，最終由阿貝瑞利的光學(xué)儀器分辨率公式?jīng)Q定)，最后投影在熒光屏上成像。由于透射電鏡物鏡焦距很短，也因此具有很小的像差系數(shù)，所以透射電鏡具有非常高的空間分辨率，0.1-0.2nm，但景深比較小，對(duì)樣品表面形貌不敏感，主要觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

掃描電鏡:電子束到達(dá)樣品，激發(fā)樣品中的二次電子，二次電子被探測(cè)器接收，通過(guò)信號(hào)處理并調(diào)制顯示器上一個(gè)像素發(fā)光，由于電子束斑直徑是納米級(jí)別，而顯示器的像素是100微米以上，這個(gè)100微米以上像素所發(fā)出的光，就代表樣品上被電子束激發(fā)的區(qū)域所發(fā)出的光。實(shí)現(xiàn)樣品上這個(gè)物點(diǎn)的放大。如果讓電子束在樣品的一定區(qū)域做光柵掃描，并且從幾何排列上——對(duì)應(yīng)調(diào)制顯示器的像素的亮度，便實(shí)現(xiàn)這個(gè)樣品區(qū)域的放大成像。具體圖像反差形成機(jī)制不講。由于掃描電鏡所觀察的樣品表面很粗糙，一般要求較大工作距離，這就要求掃描電鏡物鏡的焦距比較長(zhǎng)，相應(yīng)的相差系數(shù)較大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系統(tǒng)的空間分辨率—般比透射電鏡低得多1-3納米。但因?yàn)槲镧R焦距較長(zhǎng)，圖像景深比透射電鏡高的多，主要用于樣品表面形貌的觀察，無(wú)法從表面揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除非破壞樣品，例如聚焦離子束電子束掃描電鏡FIB-SEM,可以層層觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

透射電鏡和掃描電鏡二者成像原理上根本不同。透射電鏡成像轟擊在熒光屏上的電子是那些穿過(guò)樣品的電子束中的電子，而掃描電鏡成像的二次電子信號(hào)脈沖只作為傳統(tǒng)CTR顯示器上調(diào)制CRT三極電子槍柵極的信號(hào)而已。透射電鏡我們可以說(shuō)是看到了電子光成像，而掃描電鏡根本無(wú)法用電子光路成像來(lái)想象。

鑠思百檢測(cè)SEM和TEM樣品制備要求：

TEM測(cè)試對(duì)樣品有以下幾點(diǎn)要求：

① 粉末、液體樣品均可，固體樣品太大了的需要離子減薄、雙噴、FIB、切片制樣。

② 樣品必須很薄，使電子束能夠穿透，一般厚度為100~200nm左右;

③ 樣品需置于直徑為2~3mm的銅制載網(wǎng)上，網(wǎng)上附有支持膜;

④ 樣品應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在電子線照射下不至于損壞或發(fā)生變化;

⑤ 樣品及其周?chē)鷳?yīng)非常清潔，以免污染。

SEM測(cè)試對(duì)樣品有以下幾點(diǎn)要求：

① 粉末樣＞0.02g；塊狀樣和生物樣，直徑小于26mm，高度小于15mm

② 樣品中不得含有水分；

③ 導(dǎo)電性差及磁性樣品為保證拍攝效果，建議噴金

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