掃描電鏡和能譜儀的原理與實用分析技術（第2版）

本書從應用的角度出發，介紹了掃描電鏡和能譜儀的基本原理及其在實際工作中的一些典型應用。全書分為上、下兩篇和一些相關的附錄。
 
上篇包括~9章，主要論述了掃描電鏡的原理、結構、操作要點和應用中幾種常見的圖像品質問題，以及一些改善圖像品質的應對方法和措施，也列舉了多種電子元器件在電應力和環境應力等作用下的一些典型失效案例。書中還介紹了有關電鏡和能譜儀的維護、保養及安裝場地的選擇等注意事項，以供用戶在規劃和選擇安裝場地時參考。
 
下篇包括0~18章，主要介紹了X射線能譜儀的原理、資料獲取和處理及具體的應用技術，其中包括Si(Li)與SDD新舊兩種譜儀探測晶片的基本原理，以及能譜儀在定性、定量分析中常遇到的一些棘手問題及應對方法。還簡略地介紹了羅蘭圓波譜儀和平行光波譜儀的原理及它們各自的特點。書中的附錄還收錄了真空壓力單位的換算表，編撰了能譜分析中可能出現易被誤判的假峰等可能的干擾峰，還加入了部份與掃描電鏡和能譜分析等有關的常用顯微分析的標準號。

上篇 掃描電鏡的原理與實用分析技術
第1章 光學顯微鏡和電子顯微鏡的發展回顧及其成像方式的比較 2
1.1 光學顯微鏡的發展簡史及其幾個主要基本概念 2
1.1.1 光學顯微鏡的發展簡史 3
1.1.2 光學透鏡的特性 5
1.1.3 可見光的衍射 6
1.2 電子顯微鏡綜述 8
1.3 國外研製和發展電子顯微鏡的相關進程和成就 11
1.4 我國研製、生產電鏡歷程及發展概況 18
1.5 幾種常見的掃描電鏡和小型臺式透射和掃描電鏡 22
1.5.1 幾種常見的掃描電鏡 23
1.5.2 幾種常見的小型臺式透射和掃描電鏡 24
1.6 電子的基本參數及其與物質的相互作用 26
1.6.1 電子的基本參數 26
1.6.2 電子束的波長 27
1.6.3 入射電子和試樣的相互作用及其產生的信號電子 29
參考文獻 33
第2章 掃描電鏡的原理和結構 34
2.1 掃描電鏡的原理 34
2.1.1 鏡筒概述 34
2.1.2 供電系統 35
2.2 電子 的束斑和束流 37
2.3 掃描電鏡的放大倍率 38
2.4 掃描電鏡的電子束斑 39
2.5 鏡筒 40
2.6 電子 陰極 41
2.6.1 鎢陰極 42
2.6.2 氧化釔銥陰極 46
2.6.3 六硼化鑭陰極 48
2.6.4 場發射陰極電子 53
2.7 電磁透鏡 61
2.8 掃描偏轉線圈 64
2.9 樣品倉的外形與內部 68
2.10 真空壓力單位 77
2.11 低真空和環境掃描電鏡 100
參考文獻 105
第3章 掃描電鏡的主要探測器及其成像 107
3.1 二次電子和背散射電子信號的收集與顯示 107
3.2 二次電子探測器 108
3.3 二次電子像的性質 108
3.4 傳統的E-T型二次電子探測器 110
3.5 光電倍增管 111
3.5.1 光電倍增管的結構 111
3.5.2 光電倍增管的特性 113
3.5.3 光電倍增管的穩定性 114
3.5.4 光電倍增管的典型供電電路 115
3.5.5 光電倍增管的疲勞與衰老 116
3.6 YAG材料的二次電子探測器及背散射電子探測器 116
3.7 透鏡內二次電子探測器 118
3.8 環境掃描和低真空電鏡的二次電子探測器 120
3.8.1 氣體二次電子探測器 121
3.8.2 大視場低真空探測器 122
3.8.3 改進型的低真空E-T二次電子探測器 123
3.9 與圖像分辨力有關的幾個主要因素 125
3.10 入射的電子束流與束斑直徑 126
3.11 圖像的信噪比和灰度 128
3.12 試樣上電流的進出關係 132
3.13 吸收電子像（AEI） 133
3.14 掃描電鏡圖像的幾何分辨力與圖元 133
3.15 圖像的立體效應和入射束與試樣表面的角度關係 135
3.16 二次電子的電壓襯度像 141
3.17 試樣表面的形貌與圖像的反差 142
3.18 焦點深度（景深） 143
3.19 物鏡光欄的選擇 145
3.20 加速電壓效應 147
3.21 背散射電子的探測方式和圖像 149
3.22 陰極螢光像 159
3.23 電子束感生電流像 162
3.24 影像處理功能 172
3.25 掃描透射電子探測器 177
3.26 電子束減速著陸方式 179
參考文獻 181
第4章 掃描電鏡的實際操作 183
4.1 電鏡的啟動 183
4.2 試樣的安裝、 換及停機 184
4.3 圖像的採集 186
4.4 電鏡圖像中幾種常見的像差 188
4.5 圖像的調焦、消像散和動態聚焦 197
4.6 螢幕的分割與雙放大功能 200
4.7 電鏡圖像的不正常現象 202
4.8 提高圖像亮度的幾種措施 215
參考文獻 216
第5章 試樣的製備 217
5.1 超聲清洗和鍍膜 217
5.2 粉體試樣 220
5.3 塊狀試樣 221
5.4 磁性材料 223
5.5 生物試樣 224
5.6 制樣儀器與工具 226
5.7 製作和粘貼試樣的主要工具和器材 237
第6章 應用圖例 240
6.1 印製電路板的失效分析和檢測 240
6.2 陶瓷電容端頭的硫化銀 244
6.3 微觀尺寸的測量 245
6.4 半導體器件的失效分析 247
6.5 金屬斷口分析 255
6.6 繼電器觸點的表面分析 258
6.7 錫晶須的生長 260
6.8 印製電路板上出現的黑鎳現象和鎳層腐蝕 263
6.9 金屬膜電阻的失效分析 265
6.10 陶瓷電容的容量漂移 267
6.11 電真空器件 269
6.12 微型電機 271
6.13 蚊子的生物照片 273
6.14 VC與EBIC像在半導體器件失效分析中的應用 276
參考文獻 276
第7章 電鏡的維護與保養 277
7.1 襯管的拆卸與清潔 277
7.2 光欄的清潔 280
7.3 閃爍體的保養 284
7.4 顯示器的保養和維護 285
7.5 真空系統的維護 287
7.6 冷卻迴圈水機的維護 293
7.7 電鏡的控制電腦 294
7.8 與電鏡配套的不斷電供應系統 295
第8章 電鏡的安裝環境和對實驗室的要求 299
8.1 安裝地點的選擇 299
8.2 空間與地面 299
8.3 接地 301
8.4 照明 302
8.5 室內溫度、濕度、通風和排氣 302
8.6 防振和防磁 303
8.7 供電電源 305
8.8 供水 308
8.9 環境雜訊 308
8.10 其他 309
參考文獻 309
第9章 展望將來的掃描電鏡 310
參考文獻 311

下篇 能譜儀的原理與實用分析技術
0章 X射線顯微分析儀的發展概況及其定義和性質 314
10.1 國外X射線顯微分析儀的發展概況 314
10.2 X射線微區分析儀器的研製簡況 320
10.3 X射線的定義及性質 321
10.4 X射線的度量單位 322
參考文獻 323
1章 能譜儀的工作原理 324
11.1 鋰漂移矽探測器 324
11.2 鋰漂移矽晶片的結構 330
11.3 矽漂移X射線能譜探測器 331
11.4 X射線的吸收和處理過程 344
參考文獻 350
2章 入射電子與物質的相互作用及X射線的產生 351
12.1 電子能級的躍遷和X射線的產生 351
12.2 螢光產額與螢光激發 355
12.3 連續輻射譜的產生 355
12.4 莫塞萊定律和X射線定性分析的依據 356
12.5 X射線的吸收 358
12.6 二次（螢光）發射 359
參考文獻 359
3章 X射線的探測限和假峰 361
13.1 探測限 361
13.2 不同密封窗材料的探測範圍 363
13.3 空間幾何分辨力 369
13.4 重疊峰 373
13.5 假峰 373
參考文獻 376
4章 電鏡參數的選擇 377
14.1 加速電壓的選擇 378
14.2 電子源的亮度 381
14.3 鏡筒的合軸 384
14.4 探測器與試樣的相對幾何位置 385
參考文獻 388
5章 能譜的定性和定量分析簡述 389
15.1 定性分析簡述 389
15.2 定性分析結果的主要表示方法 392
15.3 定量分析簡述 397
15.4 扣除背底 400
15.5 實際操作中的定量分析 403
15.6 提高定量分析準確度的要點小結 418
15.7 定量分析的實例 419
參考文獻 424
6章 譜線峰的失真與外來的干擾 425
16.1 譜線峰的失真 425
16.2 譜線峰偏離高斯分佈 426
16.3 振動與雜訊干擾 427
16.4 獨立接地 427
16.5 杜瓦瓶中的冰晶和底部結冰的處理 428
16.6 密封窗的污染和破損 429
16.7 減少探測器中晶體的污染 430
16.8 背底的失真 430
16.9 減少高能背散射電子進入探測器 431
16.10 減少外來的雜散輻射 431
參考文獻 432
7章 能譜儀的性能指標 433
17.1 檢出角 433
17.2 探測的元素範圍 433
17.3 能量分辨力 434
17.4 峰背比 435
17.5 譜峰位隨計數率和時間的變化而漂移 436
17.6 液氮消耗量 437
17.7 X射線的洩漏量 438
17.8 其他功能 438
17.9 譜儀的維護與保養小結 439
參考文獻 443
8章 X射線波長的探測與波譜儀 444
18.1 波長衍射 445
18.2 傳統的羅蘭圓波譜儀的主要特點 448
18.3 波譜儀對試樣的探測和輸出 455
18.4 能譜儀與羅蘭圓波譜儀的比較 456
18.5 平行光波譜儀 457
18.6 平行光波譜儀的特點 461
18.7 能譜儀、波譜儀和EBSD等與掃描電鏡的一體化 463
參考文獻 466
附錄A 467
A.1 壓力單位換算表 467
A.2 真空技術主要術語和含義 467
A.3 與電鏡分析有關的部分常用標準 468
A.4 視覺化重疊峰剝離功能 471
A.5 入射電子束的加速電壓與對應元素的 激發深度 473
A.6 由於假峰而可能會引起誤判的有關元素譜線表 474
A.7 能譜、波譜分析中常用的部分標準 478
A.8 能譜儀用的元素週期表 480
參考文獻 480
致謝 481

電子第五研究所（中國賽寶實驗室），又名中國電子產品可靠性與環境試驗研究所，始建於1955年。作為的直屬單位，為部的行業管理和地方政府提供技術支撐，為電子資訊企業提供技術支援與服務，每年服務企業過萬家。是我國早從事可靠性研究的機構，直屬的行業支撐服務單位，獲多項外認可資質的獨立實驗室，是專業的品質可靠性技術服務平臺。