SEM 使用高能0.1-30 keV电子束扫描样品产生各种相互作用和特征信号。这些信号包括用于不同成像方法的二次电子和背散射电子以及用于能量色散 X 射线光谱EDS 或 EDX的 X 射线。此外SEM 还可以用作其他工具的基础例如将电子柱与离子柱配对以创建聚焦离子束 SEM (FIB-SEM) 铣削平台。一、聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM)聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 是一种强大的工具它将 FIB 铣削的功能与高分辨率 SEM 成像相结合不仅可以让您对材料表面进行成像还可以为横截面成像准备特定位置的区域。常见用途横截面分析FIB-SEM 可让您铣削样品从而可以对感兴趣的内部和埋藏特征进行成像。3D 重建通过捕获不同深度的多个横截面并以数字方式将它们拼接在一起您可以生成材料内部结构的 3D 模型。高分辨率成像SEM 组件提供出色的放大功能使您能够检查小至几纳米的特征。化学分析将 FIB-SEM 与 EDS 和电子背散射衍射功能相结合可以识别样品内特定区域的元素组成和晶体微观结构。特定部位制备聚焦离子束扫描电子显微镜FIB-SEM能够精确去除材料制备用于扫描透射电子显微镜分析的电子透明样本。电镀锂金属经 FIB 横切后的 SEM 图像二、能量色散X射线光谱法EDS或EDX能量色散X射线光谱法EDS或EDX是一种用于表征样品元素的分析技术。其工作原理是检测样品在高能电子轰击时发射的特征X射线。主要原理包括X射线发射当高能电子束与样品中的原子相互作用时它会发射出内壳层电子。这些被发射电子留下的空位会被来自更高能级的电子填充从而发射出特定元素特征能量的X射线。X 射线检测这些特征 X 射线由 EDS 探测器检测该探测器测量其能量和强度以识别和量化样品中存在的元素。EDS 通常与扫描电子显微镜 (SEM) 或扫描透射电子显微镜成像相结合以执行从微观尺度一直到原子分辨率的元素映射。常见用途元素映射通过电子束扫描样品并检测每个点发射的X射线可以创建元素图显示样品内元素的空间分布。定量分析EDS 可以提供有关样品元素组成的定量信息包括不同元素的相对浓度。相位识别EDS 可用于通过其独特的元素特征来识别样品内的不同相或化合物。SEM-EDS 映射显示了硅黄色太阳能电池顶部的银紫色栅指触点内氧化物种类青色的分布。三、电子通道衬度成像ECCI当电子束以恰好合适的角度接近布拉格角射入晶体材料时电子会通过一种称为电子通道效应的机制深入晶格。通过有意倾斜晶体样品可以满足特定的通道条件使得与完美晶格的任何微小偏差都会局部增加背散射电子的产额。使用通常直接放置在极靴下方的背散射电子探测器就可以生成突出显示晶体缺陷如位错、堆垛层错的图像。常见用途识别晶体缺陷诸如位错、层错、孪晶界和晶界等缺陷会显著影响材料性能。定量缺陷分析电子通道衬度成像ECCI能够对晶体缺陷进行定性和定量评估例如位错密度。界面研究电子通道衬度成像ECCI对于研究不同材料界面处形成的缺陷很有用为异质外延薄膜提供了有价值的见解。ECCI显微照片显示了有缺陷的砷化镓薄膜中的层错线条和穿透位错点四、电子背散射衍射 (EBSD)电子背散射衍射EBSD是一种强大的技术它利用扫描电子显微镜对样品表面的晶体微观结构进行空间映射。当电子束扫描样品时每个扫描点都会产生一个代表该精确位置晶体结构的衍射图案。这些衍射图案中的每一个都与特定的晶体结构和晶体学取向相关联以构建一个富含晶体学信息的EBSD图谱。常见用途晶相识别快速识别样品中存在的不同晶体学相深入了解其微观结构和性能。晶粒结构分析可视化并量化材料内单个晶粒的大小、形状和取向。边界表征研究界面和边界特征区分不同类型的晶界大角度、小角度、孪晶。取向差映射测量样品中晶体取向差的局部变化为变形过程和晶体缺陷密度提供有价值的信息。织构分析确定晶粒的择优晶体取向该取向会影响诸如强度和电导率等性能。五、电子束感生电流(EBIC)在静电场例如p-n结、肖特基接触存在的情况下电子束激发的电子 - 空穴对可以被收集产生的电流可以用电流放大器测量。电子束诱导电流EBIC可提供有关结位置的信息、扩散长度的估计值以及表面复合情况。EBIC成像揭示了由于诸如晶界、位错和析出相之类的缺陷导致的电流收集的空间变化这些缺陷是由定义载流子复合行为的能带结构的局部变化引起的。半导体中的位错密度可以在10⁴ - 10⁷ cm⁻²范围内以非常高的精度测定。EBIC观测也可以在15 K到300 K的温度范围内进行这会改变复合行为并能揭示有关缺陷能级位置和密度的信息。常见用途绘制半导体材料的电学特性研究缺陷对材料电学性能的影响表征太阳能电池和其他光电器件的性能硅基砷化镓磷化物太阳能电池的 EBIC 图像显示出穿过 pn 结的穿透位错暗点六、阴极发光 (CL)电子器件中过量载流子的复合可以非辐射方式穿过深能级并在半导体中产生热量也可以通过靠近导带或价带边缘的能级以辐射方式发生。在后一种情况下光子会被发射了解这些光子的空间分布、相对强度和光谱特性可以提供有关光伏吸收材料质量和潜在性能限制的宝贵信息。当电子束激发时产生的发射被称为阴极发光 (CL)。同步电子束扫描可以绘制样品的这种发射图。将发射引导至光谱仪可以实现逐像素光谱采集。这可以提供有关局部带隙、缺陷能级以及各种辐射和非辐射复合中心的空间分布的信息。CL光谱成像可在6K至室温范围内进行检测灵敏度范围为250 nm至1600 nm。部分样品的空间分辨率可达数十纳米映射面积可达50 x 50 μm²。常见用途利用锗光电二极管进行全色成像以获取发射强度图使用硅电荷耦合器件和砷化铟镓探测器 (250 – 1600 nm) 进行每像素光谱映射选定辐射跃迁的光子能量和半峰全宽的映射识别扩展缺陷和杂质的能级和空间分布铜铟镓硒薄膜发射光谱上识别出的不同跃迁的光子强度图。晶界呈现出独特的电子行为。
扫描电子显微镜（SEM）原理、相关技术及案例
发布时间：2026/7/6 14:47:54
SEM 使用高能0.1-30 keV电子束扫描样品产生各种相互作用和特征信号。这些信号包括用于不同成像方法的二次电子和背散射电子以及用于能量色散 X 射线光谱EDS 或 EDX的 X 射线。此外SEM 还可以用作其他工具的基础例如将电子柱与离子柱配对以创建聚焦离子束 SEM (FIB-SEM) 铣削平台。一、聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM)聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 是一种强大的工具它将 FIB 铣削的功能与高分辨率 SEM 成像相结合不仅可以让您对材料表面进行成像还可以为横截面成像准备特定位置的区域。常见用途横截面分析FIB-SEM 可让您铣削样品从而可以对感兴趣的内部和埋藏特征进行成像。3D 重建通过捕获不同深度的多个横截面并以数字方式将它们拼接在一起您可以生成材料内部结构的 3D 模型。高分辨率成像SEM 组件提供出色的放大功能使您能够检查小至几纳米的特征。化学分析将 FIB-SEM 与 EDS 和电子背散射衍射功能相结合可以识别样品内特定区域的元素组成和晶体微观结构。特定部位制备聚焦离子束扫描电子显微镜FIB-SEM能够精确去除材料制备用于扫描透射电子显微镜分析的电子透明样本。电镀锂金属经 FIB 横切后的 SEM 图像二、能量色散X射线光谱法EDS或EDX能量色散X射线光谱法EDS或EDX是一种用于表征样品元素的分析技术。其工作原理是检测样品在高能电子轰击时发射的特征X射线。主要原理包括X射线发射当高能电子束与样品中的原子相互作用时它会发射出内壳层电子。这些被发射电子留下的空位会被来自更高能级的电子填充从而发射出特定元素特征能量的X射线。X 射线检测这些特征 X 射线由 EDS 探测器检测该探测器测量其能量和强度以识别和量化样品中存在的元素。EDS 通常与扫描电子显微镜 (SEM) 或扫描透射电子显微镜成像相结合以执行从微观尺度一直到原子分辨率的元素映射。常见用途元素映射通过电子束扫描样品并检测每个点发射的X射线可以创建元素图显示样品内元素的空间分布。定量分析EDS 可以提供有关样品元素组成的定量信息包括不同元素的相对浓度。相位识别EDS 可用于通过其独特的元素特征来识别样品内的不同相或化合物。SEM-EDS 映射显示了硅黄色太阳能电池顶部的银紫色栅指触点内氧化物种类青色的分布。三、电子通道衬度成像ECCI当电子束以恰好合适的角度接近布拉格角射入晶体材料时电子会通过一种称为电子通道效应的机制深入晶格。通过有意倾斜晶体样品可以满足特定的通道条件使得与完美晶格的任何微小偏差都会局部增加背散射电子的产额。使用通常直接放置在极靴下方的背散射电子探测器就可以生成突出显示晶体缺陷如位错、堆垛层错的图像。常见用途识别晶体缺陷诸如位错、层错、孪晶界和晶界等缺陷会显著影响材料性能。定量缺陷分析电子通道衬度成像ECCI能够对晶体缺陷进行定性和定量评估例如位错密度。界面研究电子通道衬度成像ECCI对于研究不同材料界面处形成的缺陷很有用为异质外延薄膜提供了有价值的见解。ECCI显微照片显示了有缺陷的砷化镓薄膜中的层错线条和穿透位错点四、电子背散射衍射 (EBSD)电子背散射衍射EBSD是一种强大的技术它利用扫描电子显微镜对样品表面的晶体微观结构进行空间映射。当电子束扫描样品时每个扫描点都会产生一个代表该精确位置晶体结构的衍射图案。这些衍射图案中的每一个都与特定的晶体结构和晶体学取向相关联以构建一个富含晶体学信息的EBSD图谱。常见用途晶相识别快速识别样品中存在的不同晶体学相深入了解其微观结构和性能。晶粒结构分析可视化并量化材料内单个晶粒的大小、形状和取向。边界表征研究界面和边界特征区分不同类型的晶界大角度、小角度、孪晶。取向差映射测量样品中晶体取向差的局部变化为变形过程和晶体缺陷密度提供有价值的信息。织构分析确定晶粒的择优晶体取向该取向会影响诸如强度和电导率等性能。五、电子束感生电流(EBIC)在静电场例如p-n结、肖特基接触存在的情况下电子束激发的电子 - 空穴对可以被收集产生的电流可以用电流放大器测量。电子束诱导电流EBIC可提供有关结位置的信息、扩散长度的估计值以及表面复合情况。EBIC成像揭示了由于诸如晶界、位错和析出相之类的缺陷导致的电流收集的空间变化这些缺陷是由定义载流子复合行为的能带结构的局部变化引起的。半导体中的位错密度可以在10⁴ - 10⁷ cm⁻²范围内以非常高的精度测定。EBIC观测也可以在15 K到300 K的温度范围内进行这会改变复合行为并能揭示有关缺陷能级位置和密度的信息。常见用途绘制半导体材料的电学特性研究缺陷对材料电学性能的影响表征太阳能电池和其他光电器件的性能硅基砷化镓磷化物太阳能电池的 EBIC 图像显示出穿过 pn 结的穿透位错暗点六、阴极发光 (CL)电子器件中过量载流子的复合可以非辐射方式穿过深能级并在半导体中产生热量也可以通过靠近导带或价带边缘的能级以辐射方式发生。在后一种情况下光子会被发射了解这些光子的空间分布、相对强度和光谱特性可以提供有关光伏吸收材料质量和潜在性能限制的宝贵信息。当电子束激发时产生的发射被称为阴极发光 (CL)。同步电子束扫描可以绘制样品的这种发射图。将发射引导至光谱仪可以实现逐像素光谱采集。这可以提供有关局部带隙、缺陷能级以及各种辐射和非辐射复合中心的空间分布的信息。CL光谱成像可在6K至室温范围内进行检测灵敏度范围为250 nm至1600 nm。部分样品的空间分辨率可达数十纳米映射面积可达50 x 50 μm²。常见用途利用锗光电二极管进行全色成像以获取发射强度图使用硅电荷耦合器件和砷化铟镓探测器 (250 – 1600 nm) 进行每像素光谱映射选定辐射跃迁的光子能量和半峰全宽的映射识别扩展缺陷和杂质的能级和空间分布铜铟镓硒薄膜发射光谱上识别出的不同跃迁的光子强度图。晶界呈现出独特的电子行为。
