日立S3400N扫描电镜应用培训课件

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日立S-3400N扫描电镜应用培训 扫描电镜原理及操作P.2内 容 提 要一、日立S-3400N扫描电镜的工作原理二、日立S-3400N扫描电镜的操作基础(包括操作界面功能讲解,电镜基本操作)三、日立S-3400N扫描电镜的参数条件设定P.31 日立S-3400N电镜的工作原理电子枪电子枪样品仓样品仓物镜可动光阑物镜可动光阑显示器显示器轨迹球轨迹球旋钮板旋钮板P.4光学显微镜和电子显微镜的区别光学显微镜和电子显微镜的区别1 日立S-3400N电镜的工作原理P.5各种显微镜的比较各种显微镜的比较1 日立S-3400N电镜的工作原理P.61 日立S-3400N电镜的工作原理钨灯丝钨灯丝第二聚光镜第二聚光镜第一聚光镜第一聚光镜物镜可动光阑物镜可动光阑物镜物镜P.730kV固定比例(黑色)双偏压(蓝色)4偏压(红色)5kV15kV3kV0Ie=8A固定比例偏压启动启动4 4偏压功能偏压功能Ie=62A1 日立S-3400N电镜的工作原理P.8栅极(韦氏帽)栅极(韦氏帽)灯丝(阴极)灯丝(阴极)a2b2MM2 2=b b2 2/a a2 2a1b1MM1 1=b b1 1/a/a1 1a3b3MM3 3=b b3 3/a a3 3交叉斑交叉斑(d0)阳极阳极 电子束电子束 聚光镜光阑聚光镜光阑样品样品 1st 聚光镜聚光镜2nd 聚光镜聚光镜物镜活动光阑物镜活动光阑物镜物镜束斑尺寸束斑尺寸(d)d=d0M1 M2M3 电子光学光路图电子光学光路图1 日立S-3400N电镜的工作原理P.9聚光镜磁场越强,缩小倍数越大,使聚光镜磁场越强,缩小倍数越大,使d dB B越小,最终束斑尺寸也变小,分辨越小,最终束斑尺寸也变小,分辨率越高;这时率越高;这时probe currentprobe current变小,图像信噪比变差。变小,图像信噪比变差。大大probe current小小probe current1 日立S-3400N电镜的工作原理P.10入射电子束与样品相互作用而激发出来的各种信号入射电子束与样品相互作用而激发出来的各种信号1 日立S-3400N电镜的工作原理二次电子(SE)特性:1:能量低(50eV)易受荷电现象影响2:二次电子产额()对原子序数不敏感3:样品倾角越大,二次电子产额越高 ,观察形貌像4:取样深度浅(10nm)观察表面细微结构5:二次电子产额与加速电压关系 合适的加速电压,能避免荷电现象发生 P.111 日立S-3400N电镜的工作原理P.121 日立S-3400N电镜的工作原理背散射电子(BSE)特性:1:能量分布宽(50eV-E0);对荷电不敏感2:原子序数越大,背散射电子产额越大;观察成分像3:样品倾角越大,背散射电子产额越大 观察形貌像4:取样深度较深 反映内部信息;加速电压越高,原子序数越小,取样深度就越深,P.13放大倍数的计算方法放大倍数的计算方法1 日立S-3400N电镜的工作原理P.141 日立S-3400N电镜的工作原理提高放大倍数时,观察的样品面积减小;提高放大倍数时,观察的样品面积减小;当相邻的束斑相互重叠时,图像发生模糊(有效放大倍数)当相邻的束斑相互重叠时,图像发生模糊(有效放大倍数)。低电压优势:增强表面细节形貌减少或消除荷电效应减少电子束辐照损伤P.161 日立S-3400N电镜的工作原理低电压成像低电压成像P.171 日立S-3400N电镜的工作原理低加速电压高加速电压低能电子束入射深度浅,低能电子束入射深度浅,有利于表面形貌成像有利于表面形貌成像。低电压成像优势低电压成像优势当加速电压低到某一值时,当加速电压低到某一值时,样品可以发射更多的二次电子,样品可以发射更多的二次电子,这样能减少或消除荷电效应。这样能减少或消除荷电效应。P.18低真空条件观察低真空条件观察1 1、低真空的优势、低真空的优势可以直接观察不导电材料和动植物样品样品制备简单(不必固定、脱水、镀膜等过程)适合观察放气样品(多孔材料)2 2、低真空的图像类型、低真空的图像类型 低真空背散射电子像1 日立S-3400N电镜的工作原理P.19低真空消除荷电原理低真空消除荷电原理样品仓气压平均自由程10-3Pa100m13Pa10mm270Pa0.5mm1 日立S-3400N电镜的工作原理20样品样品样品样品:纸张纸张纸张纸张加速电压加速电压加速电压加速电压:15kV:15kV压力压力压力压力:5:520Pa20Pa5 Pa5 Pa10 Pa10 Pa20 Pa20 Pa20m mm消除荷电消除荷电 空气浓度空气浓度空气浓度空气浓度P.212 日立S-3400N电镜的操作基础测量样品高度测量样品高度P.222 日立S-3400N电镜的操作基础发射电流发射电流1 1灯丝与栅极的距离灯丝与栅极的距离 2 2栅极偏压栅极偏压灯丝(加热)电流灯丝(加热)电流 灯丝发射温度灯丝发射温度 灯丝饱和点灯丝饱和点栅极偏压栅极偏压 P.231、更换灯丝后,将参数设置如下:、更换灯丝后,将参数设置如下:加速电压设为加速电压设为5.0KVProbe Current设为设为80物镜可动光阑设物镜可动光阑设为为0工作距离设为工作距离设为10mm放大放大倍数倍数200倍左右。倍左右。2、选择高、中或低饱和点,点击、选择高、中或低饱和点,点击AFS按钮自动设置饱和点。点击工具栏上的按钮自动设置饱和点。点击工具栏上的“Align”按钮,出现按钮,出现“Alignment”对对话框,依次选中话框,依次选中“Beam Align.Tilt”和和“Beam Align.shift”,点击,点击Reset复位键。复位键。电子束校正电子束校正3、依次选中、依次选中Beam Align.Tilt和和Beam Align.Shift,调节,调节X和和Y旋钮使得图像最亮(或旋钮使得图像最亮(或者点击者点击Auto按钮)。按钮)。2 日立S-3400N电镜的操作基础P.241、将、将“Alignment”对话框的对话框的“Aperture Align.”项项Reset。2、在低放大倍数下分别调整、在低放大倍数下分别调整X和和Y旋钮使得图像最亮。旋钮使得图像最亮。物镜可动光阑的机械对中物镜可动光阑的机械对中2 日立S-3400N电镜的操作基础 在物镜活动光阑电对中完成后,如果十字交叉线偏离中心过远,应该进行机在物镜活动光阑电对中完成后,如果十字交叉线偏离中心过远,应该进行机械对中然后再重新进行电对中。械对中然后再重新进行电对中。P.25物镜活动光阑的电对中物镜活动光阑的电对中选择合适的光阑孔径(选择合适的光阑孔径(1号孔号孔150m;2号号孔孔80m;3号孔号孔50m;4号孔号孔30m)和)和电镜参数(电镜参数(Vacc.、Probe Current、WD)1、设置放大倍数为、设置放大倍数为1000倍至倍至5000倍;倍;2、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;3、使用旋钮板的旋钮来聚焦、消相散;、使用旋钮板的旋钮来聚焦、消相散;4、选中、选中Aperture Align.,调整,调整X、Y使得使得图像晃动最小;图像晃动最小;5、设置放大倍数为、设置放大倍数为5000倍以上进行细调。倍以上进行细调。Aperture Align.Aperture Align.如果没调整好,聚焦时图像将会移动。如果没调整好,聚焦时图像将会移动。2 日立S-3400N电镜的操作基础P.26相散对中相散对中X,Y校正校正选择合适的电镜参数后选择合适的电镜参数后1、设置放大倍数为、设置放大倍数为1000倍至倍至5000倍;倍;2、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;3、选中、选中Stigma Align.X,调整,调整X、Y使得图像使得图像晃动最小;晃动最小;4、选中选中Stigma Align.Y,调整,调整X、Y使得图像使得图像晃动最小。晃动最小。Stigma Align.Stigma Align.如果没调整好,消相散时图像将会移动。如果没调整好,消相散时图像将会移动。2 日立S-3400N电镜的操作基础P.27自动聚焦功能(自动聚焦功能(AFC)校正)校正选择合适的电镜参数选择合适的电镜参数1、设置放大倍数为、设置放大倍数为1000倍至倍至5000倍;倍;2、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;、找到样品上一个突出颗粒在图像中间;3、对图像进行聚焦和消相散、对图像进行聚焦和消相散;4、选中选中AFC Align.,调整,调整X、Y使得图像晃动使得图像晃动最小。最小。自动聚焦功能(自动聚焦功能(AFCAFC)在样品表面细节突出的情况下效果较好)在样品表面细节突出的情况下效果较好2 日立S-3400N电镜的操作基础P.28为获得更好的图像为获得更好的图像聚焦(聚焦(FOCUSFOCUS)电子束校正电子束校正(Axis AlignmentAxis Alignment)消相散消相散(StigmationStigmation)2 日立S-3400N电镜的操作基础P.29自自 动动 功功 能能2 日立S-3400N电镜的操作基础ABCCABCC:Auto brightness&contrast controlAuto brightness&contrast control自动亮度和对比度控制自动亮度和对比度控制AFSAFS:Auto filament saturation Auto filament saturation 自动灯丝饱和自动灯丝饱和AFCAFC:Auto focus controlAuto focus control自动聚焦控制自动聚焦控制ASFCASFC:Auto stigma&focus controlAuto stigma&focus control自动相散和聚焦控制自动相散和聚焦控制ABAABA:Auto beam alignment Auto beam alignment 自动电子束校正自动电子束校正AAAAAA:Auto axial alignment Auto axial alignment 自动合轴校正自动合轴校正(光阑对中和相散对中光阑对中和相散对中)ABSABS:Auto beam setting Auto beam setting 自动电子束设置(自动电子束设置(AFS+ABA+AFS+ABA+自动枪偏压校正自动枪偏压校正)P.30信号探头的选择信号探头的选择1 1、二次电子探头(高真空)、二次电子探头(高真空)图像分辨率最好,反映表面凹凸信息。图像分辨率最好,反映表面凹凸信息。2 2、背散射探头(高低真空)、背散射探头(高低真空)组分像、形貌像、组分像、形貌像、3D3D像。像。3 3、双画面同时显示不同信号的图像、双画面同时显示不同信号的图像 同时拍照功能避免了因为图像漂移和样品的损伤而引起的同时拍照功能避免了因为图像漂移和样品的损伤而引起的位置偏差。位置偏差。2 日立S-3400N电镜的操作基础P.31二次电子探头二次电子探头接收偏压接收偏压 二次电子图像下,电子束二次电子图像下,电子束的校正调节最直观、简便的校正调节最直观、简便2 日立S-3400N电镜的操作基础P.32背散射电子探头背散射电子探头组分像、形貌像、组分像、形貌像、3D像像2 日立S-3400N电镜的操作基础P.33SESEBSE TOPOBSE TOPOBSEBSE3D3DBSEBSECOMPOCOMPO2 日立S-3400N电镜的操作基础P.343 日立S-3400N电镜的参数设定形貌观察和元素分析时需要设定的形貌观察和元素分析时需要设定的主要主要电镜参数电镜参数1 1、物镜可动光阑孔:、物镜可动光阑孔:1 1号、号、2 2号、号、3 3号、号、4 4号号2 2、加速电压、加速电压VaccVacc:范围:范围0.3KV 0.3KV 30KV30KV3 3、Probe CurrentProbe Current:0 01001004 4、工作距离、工作距离WDWD:通过调整样品台高度:通过调整样品台高度P.353 日立S-3400N电镜的参数设定物镜可动光阑孔对样品和图像的影响物镜可动光阑孔对样品和图像的影响调整物镜可动光阑孔可以调整物镜可动光阑孔可以1)1)控制电子束的入射角控制电子束的入射角2)2)设定照射电流量设定照射电流量P.36物镜可动光阑孔径对样品图像观察的影响物镜可动光阑孔径对样品图像观察的影响3 日立S-3400N电镜的参数设定物镜光阑(孔径)孔 径 孔 径 小 大分辨率分辨率高高 低低照射电流照射电流少少 多多束斑直径束斑直径小小 大大图像信噪图像信噪比比差差 好好景深景深深深 浅浅P.373 日立S-3400N电镜的参数设定P.383 日立S-3400N电镜的参数设定加速电压对样品图像观察的影响加速电压对样品图像观察的影响加速电压最低0.3KV 最高30KV电子束能量电子束能量小小 大大分辨率分辨率低低 高高样品损伤样品损伤轻轻 重重荷电现象荷电现象轻轻 重重样品信号源样品信号源深度深度浅浅 深深P.393 日立S-3400N电镜的参数设定照射电子在样品内部的散乱照射电子在样品内部的散乱P.403 日立S-3400N电镜的参数设定照射电子在样品内部的散乱照射电子在样品内部的散乱P.413 日立S-3400N电镜的参数设定加速电压对样品和图像的影响加速电压对样品和图像的影响Si(微米)Cu(微米)直径深度直径深度10KV2.91.50.10.115KV5.530.80.620KV8.64.91.61.11、影响入射电子束的色差、波长等参数、影响入射电子束的色差、波长等参数(分辨率分辨率)2、对样品的轰击深度、对样品的轰击深度(电子束能量电子束能量)P.423 日立S-3400N电镜的参数设定加速电压:加速电压:10KV加速电压:加速电压:15KV加速电压:加速电压:25KV样品:集成电路板样品:集成电路板观察倍率:观察倍率:5KP.433 日立S-3400N电镜的参数设定P.443 日立S-3400N电镜的参数设定P.453 日立S-3400N电镜的参数设定Probe Current0 100束斑直径束斑直径小小 大大分辨率分辨率高高 低低照射电流照射电流少少 多多荷电现象荷电现象轻轻 重重图像信噪比图像信噪比差差 好好Probe current值对样品图像观察的影响值对样品图像观察的影响P.463 日立S-3400N电镜的参数设定P.473 日立S-3400N电镜的参数设定WD短 长分辨率分辨率高高 低低景深景深浅浅 深深最低观察倍最低观察倍率率大大 小小样品可倾斜样品可倾斜范围范围小小 大大受杂散磁场受杂散磁场干扰干扰小小 大大工作距离对样品图像观察的影响工作距离对样品图像观察的影响P.483 日立S-3400N电镜的参数设定P.493 日立S-3400N电镜的参数设定放大倍数放大倍数=X5 WD=60mm放大倍数放大倍数=X50K WD=5mm样品:硬币样品:硬币样品:有机滤膜样品:有机滤膜P.503 日立S-3400N电镜的参数设定为什么会发生荷电现象?为什么会发生荷电现象?二次电子流二次电子流背散射电子流背散射电子流吸收电流吸收电流P.513 日立S-3400N电镜的参数设定为什么会发生荷电现象?为什么会发生荷电现象?二次电子流二次电子流背散射电子流背散射电子流吸收电流吸收电流P.523 日立S-3400N电镜的参数设定荷荷电电现现象象P.533 日立S-3400N电镜的参数设定消除荷电现象的方法消除荷电现象的方法在不喷镀金属层(使用离子溅射仪等)的情况下:在不喷镀金属层(使用离子溅射仪等)的情况下:1 1 降低加速电压降低加速电压2 2 减少照射电流减少照射电流3 3 改变改变CaptureCapture条件条件4 4 使用低真空模式(使用低真空模式(Natural SEM Natural SEM)1)1)减小减小Probe currentProbe current值值2)2)使用小的物镜光阑孔使用小的物镜光阑孔3)3)减小发射电流值(通过调整减小发射电流值(通过调整Gun BiasGun Bias)1)1)加快加快CaptureCapture 80s Capture40s Capture 80s Capture40s Capture。2)2)积分拍照功能积分拍照功能P.541、在消除荷电的前提下,尽可能减小空气浓度,减、在消除荷电的前提下,尽可能减小空气浓度,减小空气对电子的散射、保证足够的探针电流。小空气对电子的散射、保证足够的探针电流。2、适当提高发射电流,保证足够的信噪比。、适当提高发射电流,保证足够的信噪比。3、在安全的前提下升高样品,减小工作距离,缩短、在安全的前提下升高样品,减小工作距离,缩短电子束在低真空中行程。电子束在低真空中行程。3 日立S-3400N电镜的参数设定低真空操作原则低真空操作原则P.553 日立S-3400N电镜的参数设定消除荷电现象的方法消除荷电现象的方法将不导电样品进行喷镀(使用离子溅射仪):将不导电样品进行喷镀(使用离子溅射仪):喷镀金属层样 品碳 胶样 品 台块状不导电样品:纤维样品:碳 胶P.563 日立S-3400N电镜的参数设定消除荷电现象的方法消除荷电现象的方法将不导电样品进行喷镀(使用离子溅射仪):将不导电样品进行喷镀(使用离子溅射仪):1 1、避免粉末样品的颗粒相互堆积、避免粉末样品的颗粒相互堆积2 2、分别在垂直方向和两边倾斜方向共喷镀三次、分别在垂直方向和两边倾斜方向共喷镀三次P.57Thank you!
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