扫描电镜(SEM)是一种利用聚焦电子束扫描样品表面,通过检测各种物理信号来获得样品微观形貌、成分和结构信息的高分辨率成像与分析技术。其测试可获取的信息主要包括以下几大类别:

一、 微观形貌与结构信息
这是SEM最核心和基础的应用。通过检测二次电子(SE)信号,可以获得样品表面极其丰富的三维立体形貌信息。
• 表面形貌:清晰显示样品的表面起伏、颗粒尺寸与分布、裂纹、孔隙、台阶、织构等。
• 微观结构:观察材料的晶粒、相分布、析出物、晶体生长形态、断口特征(如解理、韧窝)等。
• 尺寸测量:在已知放大倍率下,可直接测量微米至纳米尺度的特征尺寸。
二、 成分信息(元素分析与分布)
通过检测背散射电子(BSE)和特征X射线信号,结合能谱仪(EDS)或波谱仪(WDS),进行定性与定量成分分析。
• 背散射电子成像:BSE信号的强度与样品区域的原子序数(Z)相关,可用于区分不同成分的相(原子序数衬度)。
• 元素定性定量分析:利用EDS/WDS对微区进行点分析,确定所含元素种类及其大致含量(通常EDS定量精度为~1 wt%)。
• 元素面分布:通过扫描特定元素的特征X射线,获得该元素在扫描区域内的二维分布图,直观显示元素的偏聚或分散情况。
• 线扫描分析:沿设定直线进行成分分析,得到元素含量沿该直线的变化曲线,用于研究界面、扩散层、包覆层等。
三、 晶体结构与取向信息
配备电子背散射衍射(EBSD)探测器后,SEM可升级为强大的晶体学分析工具。
• 物相鉴定:基于晶体结构数据库,鉴别不同结晶相。
• 晶粒取向:测量每个点的晶体取向,用于研究织构、再结晶、变形等。
• 取向差与晶界分析:统计晶界类型(如小角、大角晶界)、相界面等。
• 相分布图:将物相鉴定与空间位置结合,绘制相分布图。
四、 其他专项信息
结合特殊探测器或样品台,SEM还可扩展更多功能:
• 电压衬度像:用于半导体器件分析,显示表面电势差异,定位电路缺陷。
• 磁畴衬度像:利用二次电子或背散射电子对磁场的敏感性,观察磁性材料的磁畴结构。
• 阴极荧光:检测半导体、矿物等材料受电子束激发产生的光子,用于分析发光特性、缺陷及杂质分布。
• 动态过程观察:配合加热、冷却、拉伸等原位样品台,实时观察材料在环境变化下的微观结构演变。
综上所述,SEM是一个功能强大的综合性微纳分析平台,其核心输出信息可概括为:高分辨率的微观形貌、基于特征X射线的元素成分与分布,以及通过EBSD获得的晶体结构与取向信息。这些信息相互补充,为材料科学、地质学、生物学、半导体工业等领域的研究与失效分析提供了至关重要的数据支撑。

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