台式扫描电子显微镜
将时尚外观与超强性能融为一体

● 新颖的“图形用户界面”（GUI），触摸屏操作舒适方便
● 图像观察景深大、富有立体感。
● 通过背散射电子像能够观察成分的分布
● 具有尺寸测量功能
● 能够倾斜、旋转样品进行观察^※

　　^※为选配件

结构紧凑，安置方便
外观简约，设计时尚

● JEOL标志灯点亮，表示电源启动成功
● 简洁的机体正面，LED显示仪器的状态

全新的触摸屏GUI界面

操作更加形象直观，不仅操作界面简明易懂，触摸式操作更加直观方便。

双画面显示

可以并列显示实时图像和储存图像。
能一边比较图像一边进行观察。

选配件

● 马达驱动倾斜/旋转样品台（ Tilting and Rotating Motor-Drive Holder）

选配件―马达驱动倾斜/旋转样品架深受好评， 能够倾斜和旋转景深大、立体感强的图像进行观察。

观察实例（样品：印刷电路板的通孔 放大倍率：ｘ30）

倾斜后（30度）		倾斜前（0度）

● 能谱仪（EDS）
能够进行元素分析。采用日本电子公司制造的EDS，安心可靠 。
售后服务反应迅速。

JCM-6000 规格

分公司成立通知　(2012年1月1日)

JEOL关于日本东北地区太平洋海域地震受灾影响的通告　(2011年3月25日)

捷欧路（北京）科贸有限公司成立通知　(2010年9月1日)

2012年度日本电子透射电镜用户会

会议时间

2012年 3月 6日 – 7日

会议地点

苏州环秀晓筑养生度假村

会议简介

　　为加强日本电子和透射电镜用户之间及用户与用户之间的交流和沟通，捷欧路（北京）科贸有限公司上海分公司举办了来自上海、江苏、浙江、安徽地区的40多位透射电镜用户参加的本次交流会。日本电子和相关附件厂家的技术专家就透射电镜技术及其应用方法与各位老师做了深入地交流。中科院宁波材料所夏卫星教授的“罗伦茨电镜技术及电子全息技术在磁性材料上的应用”的精彩报告更是受到大家的关注和好评。

主要产品和技术介绍

1. 材料透射电镜的应用事项说明；
2. 三维重构技术在透射电镜上的应用；
3. 新的CCD和EDS产品技术和应用。

联系方法

捷欧路（北京）科贸有限公司上海分公司
ATT ： 吴 俊
TEL ： (021)-6248-4868
FAX ： (021)-6248-4075
E-mail： wu.jun@jeol.com.cn

会议留影

观察与分析纳米结构

纳米结构的观察

JSM-7100F独特的高强力电子光学系统能保证1.2nm 的超高分辨率，能很容易地进行纳米结构的研究。

稳定的高精度分析

浸没式热场发射电子枪提供稳定的大探针电流，可以获得高质量的观察和分析结果。发射体保证3年。

磁性材料

JSM-7100F的物镜在样品周围不形成磁场，观察和分析磁性样品不受制约。

纳米结构的分析

日本电子专利技术“光阑角度最佳调节透镜” (Aperture Angle Optimizing Lens)提供很小的电子探针直径，在短时间内用大探针电流可以获得高精度的分析和高质量的元素面分布图。
各种分析附件包括 EDS、WDS和EBSD 都可以安装在理想的几何位置上。

清洁的真空

样品的交换通过样品交换气锁室进行，样品室总是保持着清洁的高真空状态。独特的单动作样品交换机构，只要简单的操作就能插入和退出样品。
样品室使用分子泵抽真空。

浸没式热场发射电子枪

日本电子专利技术-浸没式热场发射电子枪，效率高并且能提供高达200nA的探针电流。

光阑角度最佳调节透镜

日本电子专利技术-光阑角度最佳调节透镜，能自动优化物镜光阑角度，在大探针电流时形成很小的探针直径。

观察

能获取各种图像：如二次电子像、背散射电子像和 STEM 像等。稳定的热场发射电子源能确保获得高质量的图像。

锂电池的阳极 (二次电子像) 3kV, ×13,000

分析

利用EDS 和 WDS的元素分析以及EBSD分析都能够有效地进行，稳定的电子探针能够获得高精度的分析。

镀锌钢板截面 (背散射电子像) 5kV, ×20,000	镀锌钢板截面 (EDS元素面分布图)
热喷涂形成的氧化铝膜 　(背散射电子像) 　2.5kV, ×2,000	EBSD IPF MAP (ND)

在鲁斯卡（Ruska）1931年发明TEM之后数年，SEM开始研发，到实用化为止花费了几十年。图54介绍了这段历史。

用电子束进行扫描获得图像的SEM原型，于1935年由德国的克诺路（Knoll）研制而成。克诺路曾参与了鲁斯卡最初TEM的开发，因为研究电视摄像机显像管的靶材，开发了此装置。电子枪和样品装在密封在真空的玻璃管中，用直径大约为100μm径的电子束照射样品，用样品的吸收电流成像。

1938年同是德国的冯.阿尔顿（von Ardene）使用缩小透镜系统制作了SEM，此装置的镜筒近2米高，使用了二级静电透镜的缩小透镜系统，获得了直径为4nm的电子探针，它实际上是以观察薄膜状样品为目的的扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope：STEM）的专用机，图像直接记录在安装在样品下方的胶片上，当时还没有用显像管观察图像的方法，是首次通过胶片冲洗获得的结果。冯.阿尔顿没有进行块状样品的观察，但在发表的论文中提出了使用电子增幅器的二次电子检测器的设想。

1942年美国RCA实验室的Zworykin为了观察块状样品制作了SEM，此装置组合了场发射电子枪和四级的缩小透镜系统，使用了闪烁体检测二次电子，使用传真记录图像。由于获得的二次电子像与TEM的复型法获得的相比要差很多，RCA实验室的SEM开发被中止。此外由于许多科研人员的研发重点转移到电视的开发，此后的SEM的开发与研究暂时停止，直到英国剑桥大学Oatley研究室的研发重新启动。

Oatley研究室，进行了有关SEM的很多基础研究。1953年McMullan研制成功了加速电圧在15～20kV下，分辨率为50nm的SEM，到1965年制作了5台SEM。在此期间还开发了现在的二次电子检测器的原型—E-T检测器、各种观察方法及其它的应用技术，1961年，加拿大的纸浆公司安装了这个研究室制作的SEM。

1965年，英国的剑桥科学公司（Cambridge Scientific Instrument）以及日本电子株式会社将电镜商品化。在此后至今的40多年里，生产了数万台的SEM，其装置的性能、功能取得了长足的进歩。

SEM的构造

装置的结构 SEM由形成电子探针的电子光学系统、装载样品用的样品台、检测二次电子的二次电子检测器、观察图像的显示系统及进行各种操作的操作系统等构成（图1），电子光学系统由用于形成电子探针的电子枪、聚光镜、物镜和控制电子探针进行扫描的扫描线圈等构成，电子光学系统（镜筒内部）以及样品周围的空间为真空状态。
	图1 SEM的基本结构

	图2 电子枪的构造图

电子枪

电子枪是电子束的产生系统，图2是热发射电子枪的构造图。将细（0.1 mm左右）钨丝做成的灯丝（阴极）进行高温加热（2800K左右）后，会发射热电子，此时给相向设置的金属板（阳极）加以正高圧（1～30kV），热电子会汇集成电子束流向阳极，若在阳极中央开一个孔，电子束会通过这个孔流出，在阴极和阳极之间，设置电极并加以负电圧，能够调整电子束的电流量，在这个电极（被称为韦氏极）的作用下，电子束被细聚焦，最细之处被称为交叉点（Crossover)，成为实际的光源(电子源)，其直径为15～20μm。
以上说明的是最常用的热发射电子枪，此外还有场发射电子枪和肖特基发射电子枪等（p16）。热发射电子枪的阴极除使用钨丝外，还使用单晶六硼化镧(LaB6)， LaB6由于活性很强，所以需要在高真空中工作。

透镜的构造 电子显微镜一般采用利用磁铁作用的磁透镜。当绕成线圈状的电线被通入直流电后，会产生旋转对称的磁场，对电子束来说起着透镜的作用。由于制作强磁透镜（短焦距的透镜）需要增加磁力线的密度，如图3所示，线圈的周围套有铁壳（轭铁），磁力线从狭窄的开口中漏洩出来，开口处被称作磁极片（极靴），经精度极高的机械加工而成。磁透镜的强度能随通入线圈的电流改变而改变，这是光学透镜所不具备的特长。
	图3 磁透镜的构造

聚光镜和物镜 在电子枪的后方设置透镜，能够调节电子束的直径。SEM需要很细的电子束。图4中，在电子枪的后方设置了聚光镜和物镜的两级透镜，从电子枪中发射出的电子束经过两级透镜的聚焦形成电子探针。
	图4 经透镜形成电子探针

● 聚光镜的作用

增强聚光镜的透镜作用，电子探针以b/a的比例变细，如果减弱的话，电子探针则变粗。此外，在聚光镜与物镜之间，设置开了小孔的薄金属板即“光阑”。通过聚光镜的电子束撞到光阑后，有一部分的电子束能通过小孔到达物镜。增大聚光镜的励磁电流，光阑上的电子束会大大地发散开来，只有一小部分的电子束能通过，所以到达物镜的电子数（包括探针电流）将会减少。相反，减弱聚光镜的励磁电流，光阑上的电子束并不会发生很大的发散，大部分的电子束通过光阑，到达物镜的电子数很多。也就是说，调节聚光镜的励磁电流可以改变电子探针的直径和探针电流。
那么增大聚光镜的励磁电流，电子探针的直径是否能无限地变细？很遗憾这是有极限的，请参见别处的说明。（p15）

●物镜的作用

物镜用于聚焦，是决定最终电子探针直径的重要透镜。物镜若有瑕疵，就无法形成很细的电子探针，之前的所有努力也都会前功尽弃。因此，所有的电镜厂家都在努力制作性能优良的物镜。

SEM的构造

样品台

电子显微镜通常要在高倍率下观察样品，因此需要样品台既能稳定地承载样品又能灵活地移动。SEM的样品台一般能进行五种移动：除了平面上的移动（X,Y方向）、垂直方向上的移动（Z）外，还能够倾斜（T）和旋转（R）样品，不仅能选择视野（X,Y移动），还能够通过Z向移动，改变分辨率（p15）及景深（p8），图5为样品台的构造图。

图5 样品台的构造

倾斜样品时观察区域保持在视野范围内，在倾斜状态下移动观察视野时图像不离焦，具有这样功能的样品台叫做全对中样品台（eucentric）。除手动的样品台外，现在用马达驱动样品台较多，也有很多使用的是电脑控制的样品台，这样的样品台，在观察画面的被选位置上点击鼠标就可以进行移动，还能够记忆和返回到曾经观察过的位置，具有更高的全对中样品台的功能。

二次电子检测器

用于检测从样品中发射的二次电子，构造见图6所示。检测器的前端喷涂了闪烁体（荧光物质）并加载10kV左右的高圧，从样品中 激发的二次电子受高圧吸引，轰击闪烁体而放出光子，光子通过光导管传到光电倍增器，被变换成电子经放大之后成为电信号，闪烁体的前面设有被称为收集极的辅助电极，它被加以数百伏的电圧，改变此电圧可以收集和挡掉很多二次电子，因为这种检测器的原型是Everhart和Thornley开发的，所以有时又称它为E-T检测器，很多SEM的样品室都安装了这种类型的检测器。如果物镜是 侧重分辨率类型的（p19），则采用将二次电子检测器设置在物镜的上部，利用透镜磁场检测二次电子的方法。这种检测器常常被称为TTL（Through The Lens）检测器。

图6 二次电子检测器的构造

图像的显示和记录

二次电子检测器的输出信号被增益后送至显示系统，由于显示系统上的扫描与电子探针的扫描是同步的，显示系统的画面根据二次电子的数量呈现出亮度变化，形成SEM图像。显像管作为显示系统曾被使用了很长一段时间，近来被广泛使用的是液晶显示器 。通常，电子探针的扫描速度有几档可以切换，观察时可使用极快的扫描速度，拍摄和保存图像时可使用较慢的扫描速度。
记录SEM图像，从前是用相机拍摄显像管上显示的SEM图像，现在是以数字格式（电子文件）的形式进行记录，一方面是由于高分辨的显像管很少，另一方面用电子文件进行各种图像处理和信息传输即简单又方便，现在一般使用的图像格式在100万像素左右。

真空系统

电子光学系统以及样品室内，需要保持10^-3～10^-4Ｐａ的真空度，一般用机械泵抽真空，如果希望无油真空环境，有时也用涡轮分子泵。此外，后述的场发射电子枪由于需要超高真空，所以使用的是溅射离子泵。
样品的交换方法有两种：一是交换时将整个样品室通入大气，二是在样品预抽室（样品交换室）进行，而样品室一直保持着高真空状态。

电子探针在样品的表面进行二维扫描时，显示单元的屏幕上会出现SEM图像，改变电子探针的扫描宽度，SEM图像的放大倍率会发生改变。由于显示器屏幕的大小是固定的，减小扫描宽度，会提高放大倍率，增大扫描宽度，会缩小放大倍率，见图7的显示。
例如，显示器屏幕尺寸为10cm，电子探针的扫描宽度为1mm的话，放大倍率就是100倍，如果扫描宽度为10μm的话，则为10000倍。显示画面的大小变化了，放大倍率也发生变化，由于历史的原因，一般以长12cm×宽10cm的屏幕（厂家不同会有若干差异）作为标准来显示放大倍率。这就是使用大屏幕的显示单元，其显示的SEM图像的放大倍率也大的原因。在这种情况下，需要以屏幕上显示的标度为标准，计算放大倍率，测量物体的大小。

图7 SEM倍率的概念

在观察有纵深感的样品时，如果近处聚焦了，远处就离焦。在这种情况下，远、近图像模糊圈大，叫做景深大，如果远、近图像模糊圈小，叫做 景深小。图8如所示，电子探针的平行度高（孔径角小），即使焦点变化很大，图像也保持聚焦，如果电子探针有一定的角度（孔径角大），焦点即使变化很小，图像离焦也很严重。象光学显微镜不使用电子探针时，从样品方向看到的物镜角度（孔径角）小景深则大，角度大 景深则小。另一方面，即便是图像模糊，在倍率低的时候感觉不到，但在倍率增大的时候能够发现，也就是说， 景深也随放大倍率的变化而改变。

	图9 SEM和光学显微镜的景深
图8 电子探针孔径角和景深

在图9的图表中显示了SEM和光学显微镜的不同景深，虽然光学显微镜中的实体显微镜获得的图像景深比较大，但用SEM获得的景深还要大很多，这是因为与光学显微镜的物镜孔径角相比，电子探针的孔径角要小很多的缘故。此外SEM的景深根据观察条件而改变。
图10是用光学显微镜和SEM对螺丝断口进行观察的比较。由于样品表面凹凸不平，用光学显微镜，表面只有一部分被聚焦，而使用大景深的SEM，整个观察表面都被清晰地聚焦。

光学显微镜图像	SEM图像
图10 同一视野的光学显微镜图像和SEM图像