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掃描式電子顯微鏡的構造與原理
(Scanning Electron Microscopy)
指導老師：朱志良
班級︰機械碩研一甲
學生：M9910111 黃保珠
M9910110 羅苑齊
大綱

SEM介紹
顯微鏡可見範圍
電子顯微鏡發展
SEM基本架構

SEM試片製備

SEM之應用

SEM未來發展
顯微鏡可見的範圍

肉眼可見物體的範圍:~0.1cm

光學顯微鏡可見的範圍:~1um

掃描式電子顯微鏡可見的範
圍:~10nm

穿透式電子顯微鏡可見的範
圍:~0.1nm
電子顯微鏡發展
摘自︰掃描式電子顯微鏡與應用
SEM基本架構
摘自︰SEM講義
SEM原理
 SEM主要是透過背向
電子與二次電子來
顯像。
 EDS與WDS則是依靠
Ｘ-ray來得知。
SEM原理
圖為電子束打入樣
品之後，所產生的
各種電子與其分布
情形。
摘自︰郭育林工程師 Theory of Scanning Electron Microscope
SEM試片製備
SEM試片製備一般原則為:







顯露出所欲分析的位置。
表面導電性良好，需能排除電荷。
不得有鬆動的粉末或碎屑(以避免洩真空時粉末飛揚污
染鏡柱體)。
需耐熱，不得有熔融蒸發的現象。
不能含液狀或膠狀物質，以免揮發。
非導體表面需鍍金(影像觀察)或鍍碳(成份分析)。
金屬膜較碳膜容易鍍，適用於SEM影像觀察，通常為Au
或Au-Pd合金或Pt。而碳膜較適於X光微區分析，主要
是因為碳的原子序低，可以減少X光吸收
SEM試片製備
電子顯微鏡對試片的作用
適當電壓的選擇
一般來說，加速電壓提高，電子束波長越短，理論
上，只考慮電子束直徑的大小，加速電壓愈大，可
得到愈小的聚焦電子束，因而提高解析度，然而提
高加速電壓卻有一些不可忽視的缺點：
 無法看到試片表面的微細結構。
 會出現不尋常的邊緣效應。

電荷累積的可能性增高。

試片損傷的可能性增高。

電子顯微鏡對試片的作用
加速電壓對試片之影響
高加速電壓 → 對試片景深有較明顯之顯像.
低加速電壓 → 對試片表面之凹凸起伏較明顯
ACCV=5 kV
ACCV=25 kV
電子顯微鏡對試片的作用
電子束電流對試片之影響
高電子束電流 → 由於電子束密度高,所產生二次電子數目較多,影像品質較細緻
低電子束電流→由於電子束密度低,所產生二次電子數目較少,影像品質較粗糙
ACCV=10kV
10pa
1000pa
如何增加影像解析度之方法

縮短工作距離 ( WD )

增加加速電壓 ( Vacc )

設定電子束電流值 < 30
SEM之應用
生物：種子、花粉、細菌……
 醫學：血球、病毒……
 動物：大腸、絨毛、細胞、纖維……
 材料：陶磁、高分子、粉末、環氧樹脂…
 化學、物理、地質、冶金、礦物、污泥
〔桿菌〕、機械、電機及導電性樣品如半
導體〔IC、線寬量測、斷面、結構觀
察……〕電子材料等。

SEM之應用
SEM近年發展(桌上型SEM)
FEI Desktop SEM 超泰科技公司 鮑忠興 博士
SEM近年發展
日本電子 (JEOL) 臺式掃描電子顯微鏡 JCM-5000
常見顯微技術比較表
橫向解析度
縱向解析度
景深
成像環境
樣品準備
成份分析功
能
光學顯
微鏡
（OM）
300 nm
20 nm
掃描式電
子顯微鏡
（SEM）
2-5 nm
20 nm
穿透式電 掃描探針
子顯微鏡 顯微技術
（TEM） （SPM）
原子級
原子級
無
原子級
0.1μm 30μm(1000X)
20μm
無
無限制
真空
真空
無限制
無
鍍導電膜 手續繁複
無
有
有
有
無
參考文獻
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
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掃描式電子顯微鏡
http://www.microimage.com.cn/uploadfile/xwjs/upl
oadfile/201007/20100719032549522.pdf
SEM/EDS構造原理
http://acade.must.edu.tw/upfiles/ADUpload/c23_do
wnmul1209823853.pdf
SEM講義
掃描式電子顯微鏡中文操作手冊