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技術(shù)文章

掃描電鏡與透射電鏡的區(qū)別?

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  1、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)探側(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。
  2、基本工作原理:
  透射電鏡: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)有這種儀器存在的理由。
  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,并且從幾何排列上一一對(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。
  3、對(duì)樣品要求
  (1)掃描電鏡
  SEM制樣對(duì)樣品的厚度沒(méi)有特殊要求,可以采用切、磨、拋光或解理等方法將特定剖面呈現(xiàn)出來(lái),從而轉(zhuǎn)化為可以觀察的表面。這樣的表面如果直接觀察,看到的只有表面加工損傷,一般要利用不同的化學(xué)溶液進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕,才能產(chǎn)生有利于觀察的襯度。不過(guò)腐蝕會(huì)使樣品失去原結(jié)構(gòu)的部分真實(shí)情況,同時(shí)引入部分人為的干擾,對(duì)樣品中厚度極小的薄層來(lái)說(shuō),造成的誤差更大。
  (2)透射電鏡
  由于TEM得到的顯微圖像的質(zhì)量強(qiáng)烈依賴于樣品的厚度,因此樣品觀測(cè)部位要非常的薄,例如存儲(chǔ)器器件的TEM樣品一般只能有10~100nm的厚度,這給TEM制樣帶來(lái)很大的難度。初學(xué)者在制樣過(guò)程中用手工或者機(jī)械控制磨制的成品率不高,一旦過(guò)度削磨則使該樣品報(bào)廢。TEM制樣的另一個(gè)問(wèn)題是觀測(cè)點(diǎn)的定位,一般的制樣只能獲得10mm量級(jí)的薄的觀測(cè)范圍,這在需要精確定位分析的時(shí)候,目標(biāo)往往落在觀測(cè)范圍之外。目前比較理想的解決方法是通過(guò)聚焦離子束刻蝕(FIB)來(lái)進(jìn)行精細(xì)加工。
  擴(kuò)展資料:
  透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況:
 ?。?)吸收像:當(dāng)電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時(shí),主要的成相作用是散射作用。樣品上質(zhì)量厚度大的地方對(duì)電子的散射角大,通過(guò)的電子較少,像的亮度較暗。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。
 ?。?)衍射像:電子束被樣品衍射后,樣品不同位置的衍射波振幅分布對(duì)應(yīng)于樣品中晶體各部分不同的衍射能力,當(dāng)出現(xiàn)晶體缺陷時(shí),缺陷部分的衍射能力與完整區(qū)域不同,從而使衍射波的振幅分布不均勻,反映出晶體缺陷的分布。
 ?。?)相位像:當(dāng)樣品薄至100Å以下時(shí),電子可以穿過(guò)樣品,波的振幅變化可以忽略,成像來(lái)自于相位的變化。

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