扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术(第2版)

本书从应用的角度出发，介绍了扫描电镜和能谱仪的基本原理及其在实际工作中的一些典型应用。全书分为上、下两篇和一些相关的附录。上篇包括第1～9章，主要论述了扫描电镜的原理、结构、操作要点和应用中几种常见的图像质量问题，以及一些改善图像质量的应对方法和措施，也列举了多种电子元器件在电应力和环境应力等作用下的一些典型失效案例。书中还介绍了有关电镜和能谱仪的维护、保养及安装场地的选择等注意事项，以供用户在规划和选择安装场地时参考。
下篇包括第10～18章，主要介绍了X射线能谱仪的原理、数据采集和处理及具体的应用技术，其中包括Si（Li）与SDD新旧两种谱仪探测芯片的基本原理，以及能谱仪在定性、定量分析中常遇到的一些棘手问题及应对方法。最后还简略地介绍了罗兰圆波谱仪和平行光波谱仪的原理及它们各自的特点。

 

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其几个主要基本概念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我国研制、生产电镜历程及发展概况18
1．5几种常见的扫描电镜和小型台式透射和扫描电镜22
1．5．1几种常见的扫描电镜23
1．5．2几种常见的小型台式透射和扫描电镜24
1．6电子的基本参数及其与物质的相互作用26
1．6．1电子的基本参数26
1．6．2电子束的波长27
1．6．3入射电子和试样的相互作用及其产生的信号电子29
参考文献33
第2章扫描电镜的原理和结构34
2．1扫描电镜的原理34
2．1．1镜筒概述34
2．1．2供电系统35
2．2电子枪的束斑和束流37
2．3扫描电镜的放大倍率38
2．4扫描电镜的电子束斑39
2．5镜筒40
2．6电子枪阴极41
2．6．1钨阴极42
2．6．2氧化钇铱阴极46
2．6．3六硼化镧阴极48
2．6．4场发射阴极电子枪53
2．7电磁透镜61
2．8扫描偏转线圈64
2．9样品仓的外形与内部68
2．10真空压力单位77
2．11低真空和环境扫描电镜100
参考文献105
第3章扫描电镜的主要探测器及其成像107
3．1二次电子和背散射电子信号的收集与显示107
3．2二次电子探测器108
3．3二次电子像的性质108
3．4传统的E-T型二次电子探测器110
3．5光电倍增管111
3．5．1光电倍增管的结构111
3．5．2光电倍增管的特性113
3．5．3光电倍增管的稳定性114
3．5．4光电倍增管的典型供电电路115
3．5．5光电倍增管的疲劳与衰老116
3．6YAG材料的二次电子探测器及背散射电子探测器116
3．7透镜内二次电子探测器118
3．8环境扫描和低真空电镜的二次电子探测器120
3．8．1气体二次电子探测器121
3．8．2大视场低真空探测器122
3．8．3改进型的低真空E-T二次电子探测器123
3．9与图像分辨力有关的几个主要因素125
3．10入射的电子束流与束斑直径126
3．11图像的信噪比和灰度128
3．12试样上电流的进出关系132
3．13吸收电子像（AEI）133
3．14扫描电镜图像的几何分辨力与像素133
3．15图像的立体效应和入射束与试样表面的角度关系135
3．16二次电子的电压衬度像141
3．17试样表面的形貌与图像的反差142
3．18焦点深度（景深）143
3．19物镜光栏的选择145
3．20加速电压效应147
3．21背散射电子的探测方式和图像149
3．22阴极荧光像159
3．23电子束感生电流像162
3．24图像处理功能172
3．25扫描透射电子探测器177
3．26电子束减速着陆方式179
参考文献181
第4章扫描电镜的实际操作183
4．1电镜的启动183
4．2试样的安装、更换及停机184
4．3图像的采集186
4．4电镜图像中几种常见的像差188
4．5图像的调焦、消像散和动态聚焦197
4．6屏幕的分割与双放大功能200
4．7电镜图像的不正常现象202
4．8提高图像亮度的几种措施215
参考文献216
第5章试样的制备217
5．1超声清洗和镀膜217
5．2粉体试样220
5．3块状试样221
5．4磁性材料223
5．5生物试样224
5．6制样仪器与工具226
5．7制作和粘贴试样的主要工具和器材237
第6章应用图例240
6．1印制电路板的失效分析和检测240
6．2陶瓷电容端头的硫化银244
6．3微观尺寸的测量245
6．4半导体器件的失效分析247
6．5金属断口分析255
6．6继电器触点的表面分析258
6．7锡晶须的生长260
6．8印制电路板上出现的黑镍现象和镍层腐蚀263
6．9金属膜电阻的失效分析265
6．10陶瓷电容的容量漂移267
6．11电真空器件269
6．12微型电机271
6．13蚊子的生物照片273
6．14VC与EBIC像在半导体器件失效分析中的应用276
参考文献276
第7章电镜的维护与保养277
7．1衬管的拆卸与清洁277
7．2光栏的清洁280
7．3闪烁体的保养284
7．4显示器的保养和维护285
7．5真空系统的维护287
7．6冷却循环水机的维护293
7．7电镜的控制计算机294
7．8与电镜配套的不间断电源295
第8章电镜的安装环境和对实验室的要求299
8．1安装地点的选择299
8．2空间与地面299
8．3接地301
8．4照明302
8．5室内温度、湿度、通风和排气302
8．6防振和防磁303
8．7供电电源305
8．8供水308
8．9环境噪声308
8．10其他309
参考文献309
第9章展望将来的扫描电镜310
参考文献311
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其定义和性质314
10．1国外X射线显微分析仪的发展概况314
10．2国内X射线微区分析仪器的研制简况320
10．3X射线的定义及性质321
10．4X射线的度量单位322
参考文献323
第11章能谱仪的工作原理324
11．1锂漂移硅探测器324
11．2锂漂移硅芯片的结构330
11．3硅漂移X射线能谱探测器331
11．4X射线的吸收和处理过程344
参考文献350
第12章入射电子与物质的相互作用及X射线的产生351
12．1电子能级的跃迁和X射线的产生351
12．2荧光产额与荧光激发355
12．3连续辐射谱的产生355
12．4莫塞莱定律和X射线定性分析的依据356
12．5X射线的吸收358
12．6二次（荧光）发射359
参考文献359
第13章X射线的探测限和假峰361
13．1探测限361
13．2不同密封窗材料的探测范围363
13．3空间几何分辨力369
13．4重叠峰373
13．5假峰373
参考文献376
第14章电镜参数的选择377
14．1加速电压的选择378
14．2电子源的亮度381
14．3镜筒的合轴384
14．4探测器与试样的相对几何位置385
参考文献388
第15章能谱的定性和定量分析简述389
15．1定性分析简述389
15．2定性分析结果的主要表示方法392
15．3定量分析简述397
15．4扣除背底400
15．5实际操作中的定量分析403
15．6提高定量分析准确度的要点小结418
15．7定量分析的实例419
参考文献424
第16章谱线峰的失真与外来的干扰425
16．1谱线峰的失真425
16．2谱线峰偏离高斯分布426
16．3振动与噪声干扰427
16．4独立接地427
16．5杜瓦瓶中的冰晶和底部结冰的处理428
16．6密封窗的污染和破损429
16．7减少探测器中晶体的污染430
16．8背底的失真430
16．9减少高能背散射电子进入探测器431
16．10减少外来的杂散辐射431
参考文献432
第17章能谱仪的性能指标433
17．1检出角433
17．2探测的元素范围433
17．3能量分辨力434
17．4峰背比435
17．5谱峰位随计数率和时间的变化而漂移436
17．6液氮消耗量437
17．7X射线的泄漏量438
17．8其他功能438
17．9谱仪的维护与保养小结439
参考文献443
第18章X射线波长的探测与波谱仪444
18．1波长衍射445
18．2传统的罗兰圆波谱仪的主要特点448
18．3波谱仪对试样的探测和输出455
18．4能谱仪与罗兰圆波谱仪的比较456
18．5平行光波谱仪457
18．6平行光波谱仪的特点461
18．7能谱仪、波谱仪和EBSD等与扫描电镜的一体化463
参考文献466
附录A467
A．1压力单位换算表467
A．2真空技术主要术语和含义467
A．3与电镜分析有关的部分常用标准468
A．4可视化重叠峰剥离功能471
A．5入射电子束的加速电压与对应元素的优选激发深度473
A．6由于假峰而可能会引起误判的有关元素谱线表474
A．7能谱、波谱分析中常用的部分标准478
A．8能谱仪用的元素周期表480
参考文献480
致谢481