SIGMA 300扫描电子显微镜设备

扫描电镜（SEM）是利用聚焦的高能电子束对样品进行扫描检测，二次电子激发出高能电子信号，通过对这些高能电子信号的接受、放大和显示成像，最终获得试样表面清晰的组织形貌。由于它具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，故被广泛用于材料科学（金属材料、非金属材料、纳米材料）、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的质量检测及工艺控制。

扫描电镜主要应用

  1.能够观察纳米材料。所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或结构在0.1～100nm范围内，在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶体及非晶态不同的，独特的物理化学性质。纳米材料有着广阔的发展前景，将成为未来材料研究的重点方向。

2.进行金属材料断口分析。扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图像清晰并富有立体感。扫描电镜的景深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大，故所得到的扫描电子图像立体感强，并具有三维形态的特征。与其他光学仪器相比较，扫描电镜能够提供更多的组织信息，因此在检测和研究方面都具有更高的使用价值。扫描电镜所显示的断口形貌，可以从深层次、高景深的角度呈现材料断裂的形貌特征，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用。在金属材料失效分析方面，是一个不可缺少的检测手段。

3.能够直接观察大试样的表面形态。试样的观察尺寸可以达到直径100mm×高50mm，或更大尺寸的试样，而且对试样的形状没有任何限制。对于试样粗糙的表面也能观察，可以免去了制样的麻烦，而且背反射电子成像能够反映试样成分不同的衬度。 

4.在观察厚试样时，能得到高的分辨率和真实的表面形貌。虽然扫描电子显微的分辨率低于透射电子显微镜，但在对厚块试样的观察进行时，透射电子显微镜中需要采用繁复的复膜技术，而且复膜试样的分辨率通常只能达到10nm左右，且观察的不是试样本身。用扫描电镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。

5.可以观察试样的各个区域的细节。其他光学显微镜的工作距离通常只有20～30mm，只允许试样在两度空间移动，扫描电镜则不同，试样在样品室内可动的范围更大，而且可以转动不同的角度。不仅如此，扫描电镜的工作距离长（移动距离在20mm以上），且焦深大（比透射电子显微镜大10倍）。扫描电镜可以使试样在三度空间有6个自由度的运动（三度空间平移及旋转），因此给检测形状不规则的试样带来极大的便利。

6.在大视场、低放大倍数下观察样品。在扫描电镜中，能同时观察试样的视场范围F由下式来确定：F=L/M。式中F表示视场范围；M表示观察时放大倍数；L表示显像管荧光屏尺寸。当扫描电镜采用30cm（12英寸）的显像管，放大倍数15倍时，其观察视场范围可达20mm。大视场、低倍数观察样品的形貌对特殊领域是非常必要的，如刑事侦察和考古专业。

7.进行从高倍到低倍的连续观察。扫描电镜的放大倍数范围很宽（从5到20万倍连续可调），且一次聚焦好后即可从高倍到低倍、从低倍到高倍的往返连续观察，且不用重新聚焦，这对材料断口分析特别便利。

8.观察生物试样时，因电子照射而发生试样损伤和污染程度很小。同其他方式的电子显微镜比较，因为观察时所用的电子探针电流小（一般约为10^-10～10^-12A）电子探针的束斑尺寸小（通常5nm到几十个nm），电子探针的能量也比较小（加速电压可以小到2kV）。对试样的照射不是固定在一点上，而是以光栅状扫描方式进行照射。因此电子照射的试样表面损伤和污染程度很小，对观察一些生物试样特别重要。

9.能够进行动态观察。在扫描电镜中成像的信息主要是电子信息，根据近代电子工业技术水平，即使高速变化的电子信息，也能毫不困难的及时接收、处理和储存，故可进行一些动态过程的观察。如果在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件，则可以通过投影装置观察相变、断裂等动态的变化过程。

10.从试样表面形貌能够获得多方面信息。在扫描电镜检测过程中，不仅可以利用入射电子和试样的相互作用，产生各种信息进行成像，而且可以通过信号处理方法，获得多种图像的特殊显示方法，还可以从试样的表面形貌获得多方面信息资料。扫描电子图像不是同时记录的，它是分解为近百万个像素点逐次依此记录构成的。因而使得扫描电镜除了观察表面形貌外，还能进行成分和元素的分析，以及通过电子通道花样进行结晶学分析，选区尺寸可以从10μm到3μm。 

应用案例展示

1.集成电路焊接点的检测。对集成电路块的截面进行扫描电镜检测，电路的焊接点明晰，为电气元件的检测和分析，带来极大的帮助，并能提供更为准确的数据。

电子元器件截面图

2.冷作模具钢的断口分析。对冷作模具钢的失效件断口进行检测和分析，断面主要为穿晶解理形貌，沿晶界处大量碳化物析出的孔洞及基体贫碳贫合金的韧窝组织。表明材料脆性大且沿晶的强度低。

金属材料断口形貌

3.金属材料镀层厚度测量。扫描电镜可以对金属材料的纳米级镀层厚度进行测量，这是一般光学仪器所无法具备的检测能力。为金属材料的加工和研发，提供最直接的信息和参数。

纳米层厚度测量

4.金属材料基体微区能谱测试。采用能谱仪对材料基体组织进行化学成分测试，能够了解显微组织中第二相分布的特征及机理，为金属材料的失效分析提供判定的依据。

                   微区能谱成分分析

目前，国家模具产品质量监督检验中心（广东）已配置了场发射扫描电子显微镜，最大倍数可放大至100万倍，配备二次电子探测器、背散射电子探测器及能谱仪等，可以为客户进行金属材料失效件分析、材料纳米级尺寸检测、样品表面微观形貌检测等方面的服务项目。客户如有检测需求，欢迎致电咨询0769-88002898。

国家模具产品质量监督检验中心（广东）原创

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