扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

　　本书是介绍扫描电镜和X射线能谱仪的原理和应用的专业书籍，全书共有两篇。 **篇主要介绍了扫描电镜的基本原理，包括扫描电镜的国内外发展历程、电镜的基本原理和结构、实际应用中常见的一些成像技术和具体应用、样品的处理、电镜日常的维护及保养，还介绍了电镜安装场地和环境的基本要求及相关参数。 第二篇主要介绍能谱仪的基本原理、结构和实际的应用技术，包括Si（Li）与SDD两种不同的检测器。*后还简单地介绍了传统的罗兰圆和新型的平行光波谱仪的工作原理及其各自的特点。

上篇 扫描电镜的原理与实用分析技术

第1章 光学显微镜和电子显微镜的发展回顾及其成像方式的比较（2）

1.1 光学显微镜的发展简史及几个基本概念（2）

1.1.1 光学显微镜的发展简史（3）

1.1.2 光学透镜的特性（5）

1.1.3 可见光的衍射（6）

1.2 电子显微镜综述（8）

1.3 国外研制和发展电子显微镜的相关进程和成就（11）

1.4 我国发展、研制和生产电镜的概况（18）

1.5 3种显微镜成像方式的比较（20）

1.5.1 当前的几种常见的扫描电镜（22）

1.5.2 当前几种小型台式电镜（23）

1.6 电子的基本性质及其与物质的相互作用（24）

1.6.1 电子的基本参数（24）

1.6.2 电子束的波长（24）

1.6.3 入射电子和试样的相互作用及产生的信号电子（26）

参考文献（30）

第2章 扫描电镜的原理和结构（31）

2.1 扫描电镜的原理（31）

2.1.1 镜筒概述（31）

2.1.2 供电系统（31）

2.2 电子枪的束斑和束流（34）

2.3 扫描电镜的放大倍率（35）

2.4 扫描电镜的电子束斑（36）

2.5 镜筒（36）

2.6 电子枪阴极（37）

2.6.1 钨阴极（38）

2.6.2 氧化钇铱（Y2O3-Ir）阴极（42）

2.6.3 六硼化镧阴极（43）

2.6.4 场发射阴极电子枪（48）

2.7 电磁透镜（Electromagnetic Lens）（54）

2.8 扫描偏转线圈（Scanning Coil）（57）

2.9 样品仓的外形与内部（60）

2.9.1 几种样品仓的典型外观（61）

2.9.2 样品仓的内部（61）

2.9.3 特殊超大样品仓（64）

2.9.4 几种特殊的样品台（65）

2.10 真空压力单位和真空泵（68）

2.10.1 电镜的真空系统（69）

2.10.2 电镜的真空压力范围（71）

2.10.3 旋片式机械泵（71）

2.10.4 无油干式机械泵（74）

2.10.5 油扩散泵（77）

2.10.6 涡轮分子泵（81）

2.10.7 离子吸附泵（86）

2.11 环境和低真空扫描电镜（88）

参考文献（94）

第3章 扫描电镜的主要探测器及其成像（96）

3.1 二次电子和背散射电子信号的收集和显示（96）

3.2 二次电子探测器（96）

3.3 二次电子像的性质（97）

3.4 传统E-T型二次电子探测器的组成（99）

3.5 光电倍增管（100）

3.6 YAG材料的二次电子及背散射电子探测器（104）

3.7 透镜内（IN-LENS）二次电子探测器（105）

3.8 环境扫描和低真空电镜的二次电子探测器（108）

3.8.1 气体二次电子探测器（108）

3.8.2 大视场探测器（110）

3.8.3 改进型低真空E-T二次电子探测器（111）

3.9 与图像分辨力有关的几个主要因素（112）

3.10 电子束流与束斑直径（113）

3.11 图像的信噪比和灰度（115）

3.12 试样上电流的进出关系（119）

3.13 吸收电子像（120）

3.14 电镜的图像分辨力与像素（121）

3.15 图像的立体效应和入射电子束与试样之间的角度关系（122）

3.15.1 图像的立体效应（122）

3.15.2 入射电子束与试样之间的角度关系（123）

3.15.3 倾斜角与二次电子发射系数和倾斜补偿（124）

3.15.4 边缘效应（126）

3.15.5 试样的原子序数效应（127）

3.16 二次电子的电压衬度像（127）

3.17 试样表面形貌与图像的反差（129）

3.18 焦点深度（景深）（131）

3.19 物镜光栏的选择（133）

3.20 加速电压效应（134）

3.21 背散射电子的检测方式和图像（136）

3.21.1 背散射电子的检测方式（138）

3.21.2 背散射电子信号的接收与组合（141）

3.22 阴极荧光像（143）

3.23 束感生电流像（146）

3.23.1 EBIC在半导体器件失效分析中的应用（148）

3.24 图像处理功能（152）

3.24.1 图像的微分（152）

3.24.2 积分电路（154）

3.24.3 非线性放大（154）

3.25 扫描透射探测器（156）

3.26 电子束减速着陆方式（158）

参考文献（160）

第4章 扫描电镜的实际操作（162）

4.1 电镜的启动（162）

4.2 试样的安装、更换及停机（162）

4.3 图像的采集（165）

4.4 电镜图像中的几种常见像差（167）

4.4.1 球差（167）

4.4.2 慧差（168）

4.4.3 像散和场曲（169）

4.4.4 畸变（172）

4.4.5 色差（173）

4.5 图像的调焦、消像散和动态聚焦（174）

4.5.1 图像的调焦和消像散（174）

4.5.2 图像的动态聚焦（177）

4.6 屏幕的分割与双放大功能（178）

4.7 电镜图像的不正常现象（180）

4.7.1 震动干扰（180）

4.7.2 镜筒的合轴（181）

4.7.3 试样的损伤（183）

4.7.4 试样的污染（184）

4.7.5 试样放电（187）

4.8 提高图像亮度的几种措施（191）

参考文献（192）

第5章 试样的制备（193）

5.1 粉体试样（196）

5.2 块状试样（197）

5.3 磁性材料（198）

5.4 生物试样（199）

5.5 制样仪器与工具（201）

5.5.1 开封机、研磨抛光机等机型和参数简介（201）

5.5.2 溅射过程和离子溅射仪（202）

5.5.3 真空蒸发源及其载体（207）

5.5.4 薄膜厚度的测量（209）

5.5.5 碳镀膜仪（210）

5.5.6 制作和粘贴试样的主要工具和材料（211）

第6章 应用图例（213）

6.1 印制电路板的失效分析和检测（213）

6.2 陶瓷电容端头的硫化银（216）

6.3 微观尺寸测量（217）

6.4 半导体器件的失效分析（219）

6.4.1 半导体器件的表面缺陷与烧毁（220）

6.4.2 静电击穿（223）

6.5 金属断口分析（225）

6.6 继电器触点表面分析（227）

6.7 锡晶须的生长（229）

6.8 印制电路板中的黑镍现象和镍层腐蚀（231）

6.9 金属膜电阻的分析（233）

6.10 陶瓷电容的容量漂移（234）

6.11 电真空器件（237）

6.12 VC与EBIC像在半导体器件失效分析中的应用（238）

参考文献（239）

第7章 电镜的维护与保养（240）

7.1 衬管的拆卸与清洁（240）

7.2 光栏的清洁（243）

7.3 闪烁体的保养（246）

7.4 显示器的保养和维护（247）

7.5 真空系统的维护（249）

7.5.1 机械泵的维护（250）

7.5.2 油扩散泵的维护（250）

7.5.3 涡轮分子泵的维护（250）

7.5.4 离子泵的维护（251）

7.5.5 真空测量计的维护（251）

7.6 冷却循环水机的维护（252）

7.7 控制电镜的计算机（252）

第8章 电子显微镜的安装环境和要求（254）

8.1 安装地点的选择（254）

8.2 空间（254）

8.3 接地（255）

8.4 照明（255）

8.5 室内温度、湿度和排气（256）

8.6 防震和防磁（256）

8.7 供电电源（257）

8.8 供水（257）

8.9 环境噪声（258）

8.10 其他（258）

参考文献（259）

第9章 展望将来的扫描电镜（260）

参考文献（261）

附录A 压力单位的换算表（262）

附录B 几个真空技术的主要术语和含义（263）

附录C 与电镜分析有关的部分标准（265）

下篇 能谱仪的原理与实用分析技术

第10章 X射线显微分析仪的发展概况及X射线的定义和性质（270）

10.1 国外X射线显微分析仪的发展简史（270）

10.2 国内X射线微区分析仪器的研制简况（274）

10.3 X射线的定义及性质（275）

10.4 X射线的度量单位（276）

参考文献（277）

第11章 能谱仪（EDS）的工作原理（278）

11.1 锂漂移硅〔Si（Li）〕探测器（278）

11.2 锂漂移硅芯片的结构（283）

11.3 吸收和处理过程（284）

参考文献（288）

第12章 入射电子与物质的相互作用及X射线的产生（289）

12.1 电子能级的跃迁和X射线的产生（289）

12.2 荧光产额（292）

12.3 连续辐射谱的产生（292）

12.4 莫塞莱定律和X射线定性分析的依据（293）

12.5 X射线的吸收（294）

12.6 二次发射（荧光）（296）

参考文献（296）

第13章 X射线的探测限和假峰（297）

13.1 探测限（297）

13.2 不同密封窗材料的探测范围（298）

13.3 空间几何分辨力

　　施明哲，工业和信息化部电子第五研究所高级工程师，广东省电真空学会会员；广东省电子显微学会会员；中国电子显微镜学会会员。长期从事电子元器件可靠性的研究分析工作，在电子元器件的可靠性物理评价及失效分析等方面取得一定的研究成果，先后获所级奖励10几项；获FEI、Hitachi、 EDX和OXFORD等公司的全国性用户会的奖励约15项；中国电子显微镜学会的奖励1项；省部级科技奖励3项，发表学术论文约20篇。先后为省内外的同行们举办并主讲过14期的扫描电镜和能谱仪的原理及应用的培训课程。

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编辑推荐

　　本书不但介绍了扫描电镜和能谱仪的结构、原理，以及在质量检测、工艺监控和失效分析中的实际应用技术，还介绍了对样品的制备，设备的维护、保养的一些方法。而低真空、环扫电镜和SDD新型能谱检测器、平行光波谱仪等新技术更是相关专业人员急需的。

前言

　　前言

　　扫描电镜与能谱仪和波谱仪的组合是*近四十多年来发展起来的一种高效、实用，又几乎是非破坏性的表面显微分析设备。它类似于专业的电子探针分析仪，在微观形貌观察方面又胜过专业的电子探针分析仪，它不仅能用作高分辨力的微观形貌观察，也能够对试样表面的微区进行化学组分分析。它能够分析的微区面积大可达平方毫米的量级，小可到平方微米的量级，图像的几何分辨力可以达到或优于纳米级。此外，由于操作者可以选择电子束的分析区域，扫描电镜与能谱仪和波谱仪的组合分析不仅可检测试样的表面和基材的化学组分，而且更适合于检测试样中的夹杂物、镀层的表面和横截面、小污染斑的形貌，以及微观尺寸的测量等。

　　由于电子显微分析设备在微观分析中有广泛的用途和诸多优点，进入新世纪以来，随着国民经济和科研技术的快速发展，电子显微分析设备已成为许多行业开展微观物质形貌和化学组分分析的主要设备及重要手段。原中国电镜学会理事、北京市电镜学会理事长张德添教授在2009年就估计“全国目前能够使用的各种电子显微镜大概有3500～4000台，其中扫描电镜约2500台，其余的是透射电子显微镜；在材料学领域拥有约3000台，生物医学领域拥有约1000台，而且每年以超过100台的数量增长，显然电子显微镜在材料科学和生命科学领域已经成为不可缺少的工具”。如果张德添当年的估计是准确的，那么到目前为止全国的电镜总数应有4300～4800台。*近这几年每年全国新安装的扫描电镜、透射电镜、电子探针分析仪和聚焦离子束等设备的拥有量上升很快，每年全国新安装总台数约200多台。这些设备中除了一部分是替代淘汰的老旧设备之外，其余为新增分析设备。*近这几年，每年的新增量约有200台。每年新加入电子显微分析队伍的人员也在不断扩大，包括应用、培训、安装维修、维护管理和销售人员，每年新加入这行业的人员近千人，加上目前在岗的技术人员，全国总共有上万人的队伍。若再加上各高校相关专业师生，科研院所和企业的测试、质检和微观失效分析等相关技术人员，全国总共有数万人的队伍。这些技术人员都需要有一些不同层次的显微分析方面的专业参考书，以便能更好地掌握和了解这类分析设备的主要结构、工作原理、应用范围和检测能力，特别是对一些新技术和新功能的了解。

　　本书是作者在电子元器件可靠性物理及其应用技术***重点实验室多年工作积累的基础上撰写完成的。为适应同行读者的需要，在此基础上，结合市场上新推出的扫描电镜的一些新技术和新功能及近几年举办的扫描电镜和能谱仪原理与应用研讨班的讲稿进行了整理和充实。

　　本书以实用为主，突出实用性以尽可能适应不同专业和层次的读者使用，书中尽量减少数学推导，在力求用文字阐明基本原理的基础上，尽可能做到概念清楚、图例明确，强调动手和解决实际问题的分析测试能力。但由于电子显微分析技术发展迅速，更新换代日新月异，涉及的领域也比较广，而本人的知识面有限，加上成书时间较仓促，对一些新技术的资料收集还未能齐全，书中难免会存有疏漏和谬误，恳请诸位读者和同行批评指正，以便再版时能得到纠正。希望本书能对步入电子显微分析的新同行有所启发，对有一定经验的同行尤其是从事电子元器件失效分析、材料和质量检测的人员能有所裨益，能成为一本理论联系实际的实用性参考书。

　　本书的编写始于原主任余松乔的关心和鼓励，得到现主任恩云飞的极力支持。在成书的过程中也得到重点实验室诸多同仁的积极支持和帮忙，如在资料查询、核对方面得到郝明明博士的鼎力相助；在计算机绘图插画方面得到肖庆中、雷志锋和师谦等高工们的帮助和指点；在校准、审核的过程中得到郝明明、李晓倩、陈义强、方文啸、李沙金和黎恩良等同仁的热情帮助，他们提出了许多中肯的修改意见和宝贵的建议，在此一并表示衷心的感谢！

　　另外，为了便于论述和能更完整、有效地介绍相关设备的一些新技术原理和新颖的设计及一些比较典型的结构，书中有个别地方以相关生产厂家的某个型号、个别图片和参数为例来作为学术上的讨论、讲解、示范之用，除此之外绝无其他目的。在这些列举型号和图例中曾得到HITACHI、FEI、ZEISS、JEOL、TESCAN、 KYKY等电镜和EDAX、BRUKER、OXFORD、NORAN等能谱仪及相关电镜附件生产厂家的大力支持，在此表示由衷的感谢！感谢这些生产厂家的大力支持和无私帮助，感谢他们为本书提供了部分精美图片和一些新技术及新功能的参数等信息。

　　书中还有个别图片是从同行好友或网络上转载而来的，有的是时间久了一时找不到出处，因而有极个别图片暂时无法标注来源，在此非常感激原图作者的创作精神和分享，若有热心的读者能发现原图片的出处或者本书中存在的缺点和谬误，诚恳地欢迎广大读者帮忙指正！**直接联系作者，以便再版能及时补上原文作者的名字或出处及修改谬误。书中有的地方还选用了参考文献中的个别图表和照片，在此对这些图表和照片的原作者再次表示感谢！

　　施明哲

　　2015年6月

书籍介绍

本书是介绍扫描电镜和X射线能谱仪的原理和应用的专业书籍，全书共有两篇。 第一篇主要介绍了扫描电镜的基本原理，包括扫描电镜的国内外发展历程、电镜的基本原理和结构、实际应用中常见的一些成像技术和具体应用、样品的处理、电镜日常的维护及保养，还介绍了电镜安装场地和环境的基本要求及相关参数。 第二篇主要介绍能谱仪的基本原理、结构和实际的应用技术，包括Si（Li）与SDD两种不同的检测器。最后还简单地介绍了传统的罗兰圆和新型的平行光波谱仪的工作原理及其各自的特点。