課程名稱

(中文) 電子顯微鏡學

開課學程

大學部、碩士班

(英文) Electron Microscope Theory

課程代碼

DSCE0302

授課教師

賴宜生

學分數

3

必/選修

選

開課年級

材料四、碩一

建議先修科目

普通物理(二)

課程概述 (course description)：
這門課程主要說明掃描式電子顯微鏡的原理、操作、分析以及應用，教導學生觀察材料顯微組織與解析，培養學生利用電子顯微鏡分析材料的技能。課程先從光學顯微鏡成像原理說起，包含各類像差與繞射極限，接著介紹掃描式電子顯微鏡的硬體構造與功能，包含電子束的聚焦與成像，另外提到電磁透鏡與掃描線圈的功能，以及操作SEM的各項參數及其影響，最後再介紹各式偵測器，如二次電子偵測器、背向散射電子偵測器、電子背向繞射偵測器、陰極發光偵測器和能量散佈光譜儀的原理與應用。
This course on microscopy techniques will introduce students to the principle, operation, analysis, and practical use of modern scanning electron microscopes (SEM). Following the image formation of optical microscopy with the concept of abberation and diffraction limit, the course will feature lectures on basic SEM components and their function. They will cover e-beam formation and principles of image formation. The effects of electromagnetic lens, aperture, and scanning coils on e-beam propagation are also addressed. Emphasis is placed on microscopy techniques, design, and practice. Finally, the principle and application of detectors, as well as EDS spectrometers, are discussed in the context of their physical origin. This course is designed to provide students from fields of materials science a practical introduction to modern SEM techniques and a background on how to use it.

課程目標 (course objectives)：
1. 讓學生了解顯微鏡的成像原理、像差與繞射極限等光學現象
2. 教導學生認識掃描式電子顯微鏡的硬體構造與功能
3. 讓學生了解電子光學原理，包括電子束的聚焦與電磁透鏡、孔徑等交互作用
4. 教導學生各式偵測器的構造、原理與分析能力

教科書

整理之講義

參考書籍

A. Khursheed, Scanning Electron Microscope Optics and Spectrometers, World Scientific Publishing, Singapore, 2011.

單元主題

內容綱要

對應之學生核心能力

核心能力達成指標

顯微鏡基本概念
Basic concepts in microscopy

1. 透鏡原理
2. 光學顯微鏡成像原理
3. 像差
4. 繞射極限

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

掃描式電子顯微鏡的設計原理
SEM design

1. SEM架構
2. 放大原理
3. 真空技術
4. 電子源
5. 電磁透鏡
6. 物鏡與掃描線圈

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

掃描式電子顯微鏡的操作
SEM in practice

1. 試片準備
2. 透鏡與聚焦
3. 孔徑調整
4. 加速電壓選擇
5. 電子束大小調整

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

更多掃描式電子顯微鏡的物理原理
More physics about SEM

1. 電子槍原理
2. 電子光學
3. 像差與繞射極限
4. 掃描線圈原理
5. 偵測器接收原理

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

掃描式電子顯微鏡的偵測器
SEM detectors

1. 二次電子偵測器結構與操作原理
2. 背向散射電子偵測器結構與操作原理
3. 電子背向繞射原理(EBSD)
4. 陰極發光原理

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

能量分辨光譜儀
EDS spectrometers

1. X光原理
2. EDS架構與光譜
3. EDS偵測原理
4. 定量分析ZAF

P1, P2, P4, P6

以期中考、期末考來驗證學生核心能力的達成。

教學要點概述：
1. 教材編選：以ppt檔案呈現教材
2. 教學方式：課堂講授
3. 成績評量方法：甲、Midterm exam 50%，乙、Final exam 50%，丙、出席 加分。
4. 教學資源：http://elearning.nuu.edu.tw/