一、掃描電子顯微鏡的原理

掃(sao)描電(dian)(dian)(dian)鏡由電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)槍發射出(chu)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(直(zhi)徑約50um)，在加(jia)速電(dian)(dian)(dian)壓的作用下經過磁透鏡系統匯聚，形成直(zhi)徑為(wei)5 nm的電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束，聚焦(jiao)在樣(yang)品表面(mian)上(shang)，在第(di)二聚光(guang)鏡和物鏡之間偏(pian)轉線圈的作用下，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束在樣(yang)品上(shang)做(zuo)光(guang)柵(zha)狀掃(sao)描，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)和樣(yang)品相互作用產生信(xin)號(hao)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)。這些信(xin)號(hao)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)經探測器收集并轉換為(wei)光(guang)子(zi)(zi)，再經過電(dian)(dian)(dian)信(xin)號(hao)放大器加(jia)以放大處理，最終(zhong)成像在顯(xian)示系統上(shang)。

試(shi)樣(yang)可(ke)為塊狀或粉末顆粒，成(cheng)像(xiang)信號可(ke)以是(shi)二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、背散射(she)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)或吸收電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。其中二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)最主要(yao)的(de)成(cheng)像(xiang)信號。由(you)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)槍發(fa)射(she)的(de)能量(liang)為5～35keV的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，以其交(jiao)叉斑作(zuo)(zuo)為電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)源，經二(er)(er)(er)級聚(ju)光鏡及(ji)物(wu)鏡的(de)縮小形成(cheng)具有一(yi)定(ding)能量(liang)、一(yi)定(ding)束(shu)(shu)流強度(du)和(he)束(shu)(shu)斑直徑的(de)微細電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)，在掃(sao)描(miao)線圈驅動下，于試(shi)樣(yang)表(biao)面按一(yi)定(ding)時間、空間順序(xu)做柵(zha)網(wang)式掃(sao)描(miao)。聚(ju)焦電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)與試(shi)樣(yang)相互作(zuo)(zuo)用(yong)，產生二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)(以及(ji)其他物(wu)理信號)，二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)量(liang)隨試(shi)樣(yang)表(biao)面形貌而變化。二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信號被(bei)探測器收集轉換成(cheng)電(dian)(dian)信號，經視(shi)頻(pin)放大后輸入到(dao)顯像(xiang)管柵(zha)極，調(diao)制與入射(she)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)同步掃(sao)描(miao)的(de)顯像(xiang)管亮度(du)，可(ke)得(de)到(dao)反應試(shi)樣(yang)表(biao)面形貌的(de)二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)像(xiang)。

該圖片由注冊用戶"溫暖·生活家"提供，版權聲明反饋

二、掃描電子顯微鏡的主要性能參數及意義

1、放大率

與普通(tong)光學顯微鏡(jing)(jing)不同，在SEM中(zhong)，是通(tong)過控制掃(sao)描區域的大小來控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要掃(sao)描更小的一塊面(mian)積就可以了。放大率由屏幕/照(zhao)片面(mian)積除以掃(sao)描面(mian)積得到(dao)。所(suo)以，SEM中(zhong)，透鏡(jing)(jing)與放大率無關(guan)。

2、場深

在SEM中，位于焦平面上(shang)下的一小(xiao)層(ceng)區域內的樣品點都可以得到良好的會焦而成(cheng)象。這一小(xiao)層(ceng)的厚度稱為(wei)場深，通常(chang)為(wei)幾納(na)米(mi)(mi)厚，所以，SEM可以用于納(na)米(mi)(mi)級樣品的三(san)維成(cheng)像。

3、作用體積

電(dian)子束不僅僅與樣品表層原子發(fa)生作(zuo)(zuo)(zuo)用，它(ta)實(shi)際上與一定厚(hou)度范(fan)圍內的樣品原子發(fa)生作(zuo)(zuo)(zuo)用，所以存在一個作(zuo)(zuo)(zuo)用“體積”。

作(zuo)用體積(ji)的厚度因信(xin)號(hao)的不同而不同：

歐革電子：0.5～2納米。

次(ci)級電子：5λ，對于(yu)導(dao)體，λ=1納(na)米；對于(yu)絕緣體，λ=10納(na)米。

背散射電(dian)子：10倍于次級電(dian)子。

特征X射線：微米級。

X射線連續譜：略大于特征X射線，也(ye)在(zai)微米級。

4、工作距離

工(gong)作距(ju)(ju)離(li)指從物鏡到樣品最高點(dian)的垂直(zhi)距(ju)(ju)離(li)。

如果增加(jia)工作距離(li)，可以(yi)在其他條件不變的情況下獲得更大的場(chang)深。

如果減少(shao)工作距離，則可(ke)以在其他條件不變的(de)情況下獲得(de)更高(gao)的(de)分辨(bian)率。

通常使用(yong)的工作距離在5毫米(mi)到(dao)10毫米(mi)之間(jian)。

5、成象

次(ci)級(ji)電(dian)子和背散射(she)電(dian)子可以用(yong)于成(cheng)象，但后(hou)者(zhe)不如前者(zhe)，所以通常使用(yong)次(ci)級(ji)電(dian)子。

6、表面分析

歐(ou)革電子、特征(zheng)X射線、背散射電子的產生過(guo)程均與樣品原子性質有(you)關，所以(yi)可以(yi)用于成分(fen)分(fen)析。但由(you)于電子束只能穿(chuan)透樣品表(biao)面(mian)很淺(qian)的一層（參(can)見作(zuo)用體積），所以(yi)只能用于表(biao)面(mian)分(fen)析。

表面分(fen)析以特征X射線分(fen)析最(zui)常用，所(suo)用到(dao)的探測(ce)器有(you)兩種：能譜分(fen)析儀(yi)與波(bo)譜分(fen)析儀(yi)。前者(zhe)速(su)度快但(dan)精(jing)度不高(gao)，后者(zhe)非常精(jing)確，可以檢測(ce)到(dao)“痕跡元素”的存在但(dan)耗(hao)時(shi)太長。