掃描電子顯微鏡是一種電子光學儀器，廣泛應用于化學、生物、醫(yī)藥、冶金、材料、半導體制造、微電路檢測等領域。自20世紀60年代以來，掃描電子顯微鏡一直被用作一種工具。商用電子顯微鏡問世以來，發(fā)展迅速。

特點

制樣簡單、放大倍率可調(diào)范圍寬、圖像分辨率高、景深大、高保真度、真實的三維效果等特點。對于導電材料，它們可以直接放入樣品室進行分析。對于導電性差或絕緣性差的樣品，需噴涂導電層。

基本結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上看，掃描電鏡主要由七大系統(tǒng)組成，即電子光學系統(tǒng)、信號探測處理和顯示系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、樣品室、真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)。

其中最重要的三個系統(tǒng)是電子光學系統(tǒng)、信號探測處理和顯示系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)。

1. 電子光學系統(tǒng)

電子光學系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、樣品室等，主要用于產(chǎn)生能量分布極窄、電子能量確定的電子束進行掃描成像。

電子槍：用來產(chǎn)生電子，主要有以下幾類：

電磁透鏡：熱發(fā)射電子需要一個電磁透鏡來形成光束，所以在使用熱發(fā)射電子槍的掃描電子顯微鏡上，電磁透鏡是必不可少的。通常組裝兩組透鏡：一組會聚透鏡和一組物鏡。聚光透鏡僅用于會聚電子束，與成像焦點無關。物鏡負責將電子束聚焦到樣品表面上。

掃描線圈的作用是偏轉(zhuǎn)電子束，在樣品表面進行有規(guī)律的掃描。電子束對樣品的掃描作用和對顯像管的掃描作用是嚴格同步的，因為它們是由同一個掃描發(fā)生器控制的。

除了放置樣品，信號檢測器也放置在樣品室中

2. 信號檢測處理及顯示系統(tǒng)

電子束通過一系列電磁透鏡后，擊中樣品并與樣品相互作用，產(chǎn)生二次電子、背散射電子、俄歇電子和X射線等一系列信號。因此，需要不同的探測器如二次電子探測器、X射線能譜分析儀等來區(qū)分這些信號，以獲得所需的信息。雖然X射線信號不能用于成像，但習慣上將X射線分析系統(tǒng)分類為成像系統(tǒng)。

有些探測器價格昂貴，如羅賓遜背散射電子探測器。在這種情況下，可以用二次電子探測器代替，但需要設置偏置電場來屏蔽二次電子。

3. 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)主要由真空泵和真空柱兩部分組成

真空柱是一種密封的柱容器，真空泵用于在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空，有三類：機械泵、油擴散泵和渦輪分子泵。機械泵和油擴散泵組合使用可以滿足掃描電子顯微鏡配備鎢絲槍的真空要求，但對于配備場發(fā)射槍或六硼化鑭和六硼化鈰槍的掃描電子顯微鏡則需要機械泵和渦輪分子泵組合使用。成像系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)都內(nèi)置在真空柱中。真空柱的底端是右圖所示的樣品室，用于放置樣品。

需要真空的原因包括：首先，電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會很快氧化失效，所以需要真空。二是增加電子的平均自由程，從而允許更多的電子被用于成像。

基本結(jié)構(gòu)

掃描電子顯微鏡利用材料表面微區(qū)特性的差異(如形貌、原子序數(shù)、化學成分或晶體結(jié)構(gòu)等)，以在電子束的作用下通過樣品的不同區(qū)域產(chǎn)生不同的亮度差，從而獲得一定對比度的圖像。成像信號是二次電子、背散射電子或吸收電子，其中二次電子是最主要的成像信號[2]。圖3是成像原理圖。高能電子束轟擊樣品表面，激發(fā)樣品表面的各種物理信號。然后使用不同的信號檢測器來接收物理信號并將其轉(zhuǎn)換成圖像信息。

除了檢測二次電子圖像，掃描電子顯微鏡還可以檢測信號圖像，如背散射電子，透射電子，特征X射線，陰極發(fā)光。。其成像原理與二次電子像相同。在進行掃描電子顯微鏡觀察之前，必須對樣品進行相應的處理。

樣品要求

1、不會被電子束分解
2、在電子束掃描下熱穩(wěn)定性要好
3、能提供導電和導熱通道
4、大小與厚度要適于樣品臺的安裝
5、觀察面應該清潔，無污染物
6、進行微區(qū)成分分析的表面應平整

7. 磁性樣品必須事先退磁，以防止電子束在觀察過程中受到磁場的影響

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審核編輯 黃宇