你了解扫描电镜的特点和结构吗

扫描电子显微镜是一种电子光学仪器，广泛应用于化学、生物、医药、冶金、材料、半导体制造、微电路检测等领域。自20世纪60年代以来，扫描电子显微镜一直被用作一种工具。商用电子显微镜问世以来，发展迅速。

特点

制样简单、放大倍率可调范围宽、图像分辨率高、景深大、高保真度、真实的三维效果等特点。对于导电材料，它们可以直接放入样品室进行分析。对于导电性差或绝缘性差的样品，需喷涂导电层。

基本结构

从结构上看，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。

其中最重要的三个系统是电子光学系统、信号探测处理和显示系统以及真空系统。

1. 电子光学系统

电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室等，主要用于产生能量分布极窄、电子能量确定的电子束进行扫描成像。

电子枪：用来产生电子，主要有以下几类：

电磁透镜：热发射电子需要一个电磁透镜来形成光束，所以在使用热发射电子枪的扫描电子显微镜上，电磁透镜是必不可少的。通常组装两组透镜：一组会聚透镜和一组物镜。聚光透镜仅用于会聚电子束，与成像焦点无关。物镜负责将电子束聚焦到样品表面上。

扫描线圈的作用是偏转电子束，在样品表面进行有规律的扫描。电子束对样品的扫描作用和对显像管的扫描作用是严格同步的，因为它们是由同一个扫描发生器控制的。

除了放置样品，信号检测器也放置在样品室中

2. 信号检测处理及显示系统

电子束通过一系列电磁透镜后，击中样品并与样品相互作用，产生二次电子、背散射电子、俄歇电子和X射线等一系列信号。因此，需要不同的探测器如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号，以获得所需的信息。虽然X射线信号不能用于成像，但习惯上将X射线分析系统分类为成像系统。

有些探测器价格昂贵，如罗宾逊背散射电子探测器。在这种情况下，可以用二次电子探测器代替，但需要设置偏置电场来屏蔽二次电子。

3. 真空系统

真空系统主要由真空泵和真空柱两部分组成

真空柱是一种密封的柱容器，真空泵用于在真空柱内产生真空，有三类：机械泵、油扩散泵和涡轮分子泵。机械泵和油扩散泵组合使用可以满足扫描电子显微镜配备钨丝枪的真空要求，但对于配备场发射枪或六硼化镧和六硼化铈枪的扫描电子显微镜则需要机械泵和涡轮分子泵组合使用。成像系统和电子束系统都内置在真空柱中。真空柱的底端是右图所示的样品室，用于放置样品。

需要真空的原因包括：首先，电子束系统中的灯丝在普通大气中会很快氧化失效，所以需要真空。二是增加电子的平均自由程，从而允许更多的电子被用于成像。

基本结构

扫描电子显微镜利用材料表面微区特性的差异(如形貌、原子序数、化学成分或晶体结构等)，以在电子束的作用下通过样品的不同区域产生不同的亮度差，从而获得一定对比度的图像。成像信号是二次电子、背散射电子或吸收电子，其中二次电子是最主要的成像信号[2]。图3是成像原理图。高能电子束轰击样品表面，激发样品表面的各种物理信号。然后使用不同的信号检测器来接收物理信号并将其转换成图像信息。

除了检测二次电子图像，扫描电子显微镜还可以检测信号图像，如背散射电子，透射电子，特征X射线，阴极发光。。其成像原理与二次电子像相同。在进行扫描电子显微镜观察之前，必须对样品进行相应的处理。

样品要求

1、不会被电子束分解
2、在电子束扫描下热稳定性要好
3、能提供导电和导热通道
4、大小与厚度要适于样品台的安装
5、观察面应该清洁，无污染物
6、进行微区成分分析的表面应平整

7. 磁性样品必须事先退磁，以防止电子束在观察过程中受到磁场的影响

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审核编辑 黄宇