扫描电镜（EVO MA15）操作规程

设备名称：扫描电子显微镜规格型号：EVO MA15

技术参数：钨灯丝发射系统，带有软件操纵杆的5轴优中心马达驱动计算机居中样品台，配备二次电子（SE）和背散射（BSE）探测器，X-射线能谱分析仪（EDS），电子背散射衍射分析（EBSD）系统。

图像放大倍数为5x到1,000,000x，连续可调；

加速电压范围：0.2到30kV，并以10V步长连续可调；

图像分辨率：二次电子探头（30kV下3nm，3kV下10nm，1kV下20nm），背散射电子探头（30kV下3.5nm）；

在可变压力模式用可选BSE；

压力范围：低真空10-400 Pa，高/低真空自动切换；

视场：在8.5 mm的分析工作距离（AWD）上，直径6 mm，在最长的工作距离，对角线测量，40 mm；

物镜工作距离：自由工作距离从2 mm到145 mm；

X-射线分析工作距离要求可变，其范围宽于8.5 mm-20 mm；

探针电流宽于0.5 pA-5μA，并连续可调；

配套EDS，出射角：35度，1000-100000CPS Mn ka谱峰宽化弱于1eV，元素分析范围Be4-Cf98,分辨率127eV 。

配置相应的能谱分析和EBSD扫描、晶体结构分析软件包（含晶体学标准数据库）；

EBSD要满足晶体微区取向和晶体结构的分析。

配置双倾样品台，一个通过精确图形显现的样品台、样品室和探测器的精确的样品台引导，加配多功能键盘；

样品室内部尺寸不小于φ365×275mm(H)，可放置的最大样品尺寸直径不小于250mm，最大样品尺寸高145mm，样品台移动范围X≥125mm，Y≥125mm，Z≥50mm，可-10°~+90°倾斜，360°旋转；

工作原理：扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。当具有一定能量的入射电子束轰击样品表面时，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，一些电子被反射出样品表面，而其余的电子则渗入样品中，逐渐失去其动能，最后停止运动，并被样品吸收。在此过程中有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而其余约1%的入射电子能量从样品中激发出各种信号。如图1所示，这些信号主要包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、电子电动势、阴极发光、X射线等。扫描电镜设备就是通过这些信号得到讯息，从而对样品进行分析的。

图1 入射电子束轰击样品产生的信息示意图

从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、探测、信号处理、显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。

图2 扫描电子显微镜结构图

由图3我们可以看出，从灯丝发射出来的热电子，受2-30KV电压加速，经两个聚光镜和一个物镜聚焦后，形成一个具有一定能量，强度和斑点直径的入射电子束，在扫描线圈产生的磁场作用下，入射电子束按一定时间、空间顺序做光栅式扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用，从样品中激发出的二次电子通过收集极的收集，可将向各个方向发射的二次电子收集起来。这些二次电子经加速并射到闪烁体上，使二次电子信息转变成光信号，经过光导管进入光电倍增管，使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大，并将其输入到显像管的栅极中，调制荧光屏的亮度，在荧光屏上就会出现与试样上一一对应的相同图像。入射电子束在样品表面上扫描时，因二次电子发射量随样品表面起伏程度（形貌）变化而变化。

故视频放大器放大的二次电子信号是一个交流信号，用这个交流信号调制显像管栅极电，其结果在显像管荧光屏上呈现的是一幅亮暗程度不同的，并反映样品表面起伏程度（形貌）的二次电子像。应该特别指出的是：入射电子束在样品表面上扫描和在荧光屏上的扫描必须是“同步”，即必须用同一个扫描发生器来控制，这样就能保证样品上任一“物点”样品A点，在显像管荧光屏上的电子束恰好在A’点即“物点”A与“像点”A’在时间上和空间上一一对应。通常称“像点”A’ 为图像单元。显然，一幅图像是由很多图像单元构成的。

扫描电镜除能检测二次电子图像以外，还能检测背散射电子、透射电子、特征x射线、阴极发光等信号图像。其成像原理与二次电子像相同。在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。

图3 扫描电子显微镜成像原理图

应用领域：

（1）在生命学科中的应用

植物学：对茉莉根、茎、叶等器官的比较解剖学研究，对植物次生木质部微观结构观察，对小麦旗叶衰老过程中的细胞核、叶绿体进行动态观察。

动物学：研究动物的超微形态结构。对常见淡水枝角类卵鞍的形态和表面结构进行观察比较，通过观察鉴定对昆虫分类，比较各国凤蝶的超微形态，害虫防治方面研究病原微生物作用于昆虫宿主细胞的病理过程，为害虫生物防治提供理论资料；研究各种动物毛纤维的形态。对动物种属鉴别、刑事侦破、纺织品鉴定、原料合理利用等具有重要应用价值。

医学：从基础研究发展到疾病模型、培养细胞或组织鉴定，伤情诊断，药理作用与效果的观察，疑难病症的电镜诊断等。

古生物学：研究微体古生物的整体形态，观察壳体内细小突起的数量关系及分布特点，为古生物群体的鉴定及形态分类提供真实依据。

考古学：考古工作者利用其对各种木乃伊和古尸进行研究分析。

（2）在其他基础学科中的应用

材料学：材料科学（高分子材料、金属材料、非金属材料、纳米材料、新能源材料及器件）中的广泛应用。应用于高分子多相体系的形态结构、界面状况、损伤机制及材料性能预测等方面研究。高分子复合材料微观形态研究，对材料磨损表面的微观形态特征分析，直接观察晶体缺陷及其生成过程，观察金属材料内部原子的集结方式和真实边界，材料在不同条件下发生的相变和再结晶。裂纹源等。观察金属断口，对晶体材料进行结构分析等。观察厚试样，其在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。观察试样的各个区域的细节，可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。

物理学：观测导电粉的粒径、浓度，分析导电点缺陷。观测衬垫料的粒径分布和控制液晶显示器的盒厚均匀程度，消除底色差异。观察镱薄膜传感器压阻灵敏度，发现热处理有助于薄膜晶粒长大。

化学:利用环境扫描电镜观察纸浆纤维素在同步糖化发酵产酒精过程中的降解情况，观察碳化硅颗粒增强的铝基复合材料的界面反应产物的形貌。

（3）在工业中的应用

半导体工业：质量监控与工艺诊断、器件分析、失效分析和可靠性研究、电子材料研制分析，研究半导体材料的动力学现象如扩散和相变。

陶瓷工业：了解玻璃组成、工艺条件对玻璃中的相变现象。研究陶瓷材料的表面和断口形貌的显微结构，分析断裂过程与机理，了解试样的晶粒尺寸、内部组织、形态分布、致密度及相互结合情况等评定材料质量的标准，分析各相物质相互间的应力作用。分析粉体性能与制备工艺条件间的关心，对粉体的制备工艺有实际的指导意义。研究陶瓷的微观形貌与烧结温度关系，有助于考察电畴与烧结温度的关系。

化学工业：利用电镜对化工产品的微观形态进行观察，根据其性质对工艺条件进行选择、控制、改进和优化，并可进行产品鉴定。

石油工业：用于现场注水开发、基质酸化、水泥水合作用和固化、蒙脱石水合作用、不同储层中岩石样品的润湿性特征研究、地质矿物学、粉末冶金中的应用。

食品科学：对新型豆腐凝胶的形态结构观察，对冰琪淋中脂质进行观察。

存放地点：明德楼B108

1、开机关机

开机：打开电镜主电源，然后按下STANDBY按钮，30s后再按下on按钮，电镜工作电脑打开；

关机：退出软件，关电脑，然后按下STANDBY按钮，30s后再按下OFF按钮，关闭主电源。

建议：如非长期不用扫描电镜，建议电镜保持STANDBY抽真空状态，保证仪器性能。

2、开软件

打开桌面上的smarsem图标，等运行完EM sever后，输入账户名和密码点击确定进入软件界面。

3、更换样品并抽真空

更换样品前如果样品室里面有真空，先要在SEM Control→vacuum里点击vent泄真空，更换好样品以后点击pump进行抽真空。

4、加高压

真空度达到<8.0×10^(-5)mbar后，真空状态许可出现（vac status=ready和EHT vac ready=yes），可以在状态栏gun里面选择Beam On。

5、确定参数

根据样品的情况选择加速电压（EHT），探针电流（I probe）和工作距离（WD），参数选择参看以下两个表：

低倍聚焦粗调Wobble，然后再高倍聚焦调Wobble(扫描速度为1，pixel avg)当图像同心收缩时，Wobble调好，

在较高放大倍数反复聚焦Focus，象散Astigmation来优化参数，最后可以调节亮度和对比度Brightness Contrast。

表1不同条件下探针电流与束斑尺寸情况

表2不同条件下加速电压与样品关系情况

6、记录保存图片

最终拍图的扫描参数Line Avg,Scan Speed 6,N=30,利用Ctrl+E可以调出保存图片的操作界面，通过设置保存路径以及命名前缀等可以保存为TIFF,JPG,PND等格式的图片；

7、安全注意事项

（1）使用电镜时要注意用电安全；

（2）严格按照开关机顺序进行开关机操作；

（3）更好新灯丝时一定要严格按照顺序进行（关灯丝和软件—关电脑—Standby—off­—更换灯丝）；

（4）在移动、升降和倾斜载物台时，一定要在TV模式下进行，切记不要让碰撞到物镜和探测器；

（5）换取样品，更换灯丝的过程中要使用无尘橡胶手套操作，切不可用手直接接触载物台和样品；

（6）放置样品时，样品一定要卡到位，否则载物台此时将会报警，严重时载物台会卡在舱门；

（7）在拷贝数据时，建议使用光盘来拷贝数据，严禁使用U盘，移动硬盘等；

（8）不要在扫描电镜专用的电脑上私自安装其他软件，以防电脑系统崩溃；