一、掃描電子顯微鏡的原理

掃(sao)描電(dian)鏡由電(dian)子(zi)(zi)(zi)槍發射出電(dian)子(zi)(zi)(zi)束(直徑約50um)，在(zai)加速電(dian)壓的(de)(de)作用下(xia)經(jing)過磁透鏡系統匯聚，形(xing)成直徑為(wei)5 nm的(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)束，聚焦在(zai)樣品表面上(shang)，在(zai)第二聚光(guang)鏡和(he)物鏡之間(jian)偏轉線(xian)圈(quan)的(de)(de)作用下(xia)，電(dian)子(zi)(zi)(zi)束在(zai)樣品上(shang)做光(guang)柵(zha)狀掃(sao)描，電(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)樣品相互作用產生(sheng)信號(hao)電(dian)子(zi)(zi)(zi)。這些信號(hao)電(dian)子(zi)(zi)(zi)經(jing)探測器(qi)收(shou)集并轉換為(wei)光(guang)子(zi)(zi)(zi)，再經(jing)過電(dian)信號(hao)放大器(qi)加以放大處(chu)理，最終成像在(zai)顯示系統上(shang)。

試樣(yang)可(ke)為塊狀(zhuang)或粉末顆(ke)粒，成(cheng)像(xiang)信(xin)(xin)號(hao)可(ke)以(yi)(yi)是二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、背(bei)散射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)或吸收電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。其中二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)是最主(zhu)要的(de)(de)成(cheng)像(xiang)信(xin)(xin)號(hao)。由(you)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)槍發(fa)射(she)(she)的(de)(de)能量為5～35keV的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)，以(yi)(yi)其交叉斑作為電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)源，經(jing)二(er)級(ji)聚光鏡(jing)及(ji)物(wu)鏡(jing)的(de)(de)縮小形(xing)成(cheng)具有一定(ding)能量、一定(ding)束(shu)流強度(du)和束(shu)斑直徑的(de)(de)微細電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)，在掃(sao)描(miao)線圈驅動下，于(yu)試樣(yang)表面(mian)按(an)一定(ding)時間、空間順(shun)序做(zuo)柵網式掃(sao)描(miao)。聚焦(jiao)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)與(yu)試樣(yang)相互作用，產生二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)(以(yi)(yi)及(ji)其他物(wu)理信(xin)(xin)號(hao))，二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)量隨試樣(yang)表面(mian)形(xing)貌而(er)變化。二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)信(xin)(xin)號(hao)被(bei)探(tan)測器(qi)收集轉換成(cheng)電(dian)(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)，經(jing)視頻放大后(hou)輸入到(dao)(dao)顯(xian)像(xiang)管柵極，調制(zhi)與(yu)入射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)同(tong)步掃(sao)描(miao)的(de)(de)顯(xian)像(xiang)管亮(liang)度(du)，可(ke)得到(dao)(dao)反應(ying)試樣(yang)表面(mian)形(xing)貌的(de)(de)二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)像(xiang)。

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二、掃描電子顯微鏡的主要性能參數及意義

1、放大率

與普通光學顯(xian)微鏡不同，在SEM中(zhong)，是通過控(kong)制(zhi)掃(sao)描(miao)(miao)區域的(de)大小來控(kong)制(zhi)放大率(lv)的(de)。如果需(xu)要更(geng)高的(de)放大率(lv)，只需(xu)要掃(sao)描(miao)(miao)更(geng)小的(de)一(yi)塊面(mian)積就可以了。放大率(lv)由屏(ping)幕(mu)/照片面(mian)積除以掃(sao)描(miao)(miao)面(mian)積得到。所以，SEM中(zhong)，透鏡與放大率(lv)無關。

2、場深

在SEM中，位于(yu)焦(jiao)平面上下的一(yi)小(xiao)(xiao)層區域內(nei)的樣品點都可以得(de)到良好的會焦(jiao)而成象。這一(yi)小(xiao)(xiao)層的厚度稱為場深，通常(chang)為幾納米(mi)(mi)厚，所以，SEM可以用于(yu)納米(mi)(mi)級樣品的三維成像。

3、作用體積

電子束不僅僅與(yu)樣品表(biao)層(ceng)原子發(fa)生(sheng)(sheng)作用，它(ta)實(shi)際上與(yu)一定厚(hou)度(du)范圍內的樣品原子發(fa)生(sheng)(sheng)作用，所以存在一個作用“體積”。

作用(yong)體(ti)積(ji)的厚(hou)度(du)因(yin)信號的不同(tong)而不同(tong)：

歐革電子(zi)：0.5～2納米。

次級電子：5λ，對于導體(ti)，λ=1納(na)米；對于絕緣體(ti)，λ=10納(na)米。

背散射(she)電子(zi)：10倍于次級電子(zi)。

特征X射線：微米級。

X射線連續譜：略大于特征X射線，也在微米(mi)級。

4、工作距離

工作距離指從(cong)物(wu)鏡到樣品(pin)最高點的垂直(zhi)距離。

如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情(qing)況下獲得更大(da)的場深。

如果(guo)減少工作距離，則可以在其(qi)他條件不(bu)變的(de)情況下獲得更高(gao)的(de)分(fen)辨率。

通常使用(yong)的工作距離在5毫(hao)米到10毫(hao)米之間。

5、成象

次級電子和背散射電子可以用于成象(xiang)，但后者不如(ru)前者，所(suo)以通(tong)常(chang)使用次級電子。

6、表面分析

歐革電(dian)子(zi)、特(te)征X射線、背(bei)散射電(dian)子(zi)的(de)產生過程均(jun)與樣(yang)品(pin)原子(zi)性質有關，所以(yi)可以(yi)用于(yu)(yu)(yu)成分分析。但(dan)由于(yu)(yu)(yu)電(dian)子(zi)束只能(neng)穿透樣(yang)品(pin)表面很淺的(de)一層（參見(jian)作用體積），所以(yi)只能(neng)用于(yu)(yu)(yu)表面分析。

表(biao)面分析以(yi)特征X射線分析最常用(yong)，所用(yong)到(dao)(dao)的探測器有(you)兩種：能譜分析儀與波譜分析儀。前者(zhe)速度快(kuai)但精度不(bu)高(gao)，后(hou)者(zhe)非常精確(que)，可以(yi)檢測到(dao)(dao)“痕跡元(yuan)素”的存在但耗時(shi)太(tai)長。