扫描电镜为什么分辨率高，景深大，立体感强？

扫描电子显微镜是金属科研工作中应用最广泛的“神器”。可以说，几乎每一个研究生都把自己最重要的科研经历花在了身上。今天的我们就来介绍一下扫描电镜的原理和应用。

电子显微镜利用电子产生图像，类似于光学显微镜利用可见光成像。因为电子的波长比光的波长小得多，所以电子显微镜的分辨率比光学显微镜高。

扫描电子显微镜（SEM），简称扫描电子显微镜，已成为一种功能强大、用途广泛的材料表征工具，广泛应用于材料、冶金、矿产、生物等领域。

扫描电镜的主要组成部分有：电子光学系统、信号采集与处理系统、图像显示与记录系统、真空系统、电源及控制系统等。

它用细聚焦电子束轰击样品表面，通过产生二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。通过电子和样品之间的相互作用。

在扫描电镜中，电子束以网格模式扫描样品。首先，电子枪在镜筒顶部产生电子。当电子的热能超过源材料的功函数时，它们被释放，并以高速向带正电荷的阳极加速。整个电子透镜管必须处于真空状态。

像电子显微镜的所有组件一样，电子枪被密封在一个特殊的真空室中，以防止污染、震动和噪音。除了保护电子枪免受污染，真空环境有利于获得高分辨率的图像。

如果不是真空环境，镜筒中可能有其他原子和分子，与电子相互作用，使电子束发生偏转，从而降低图像质量。高真空环境也提高了镜筒内探测器的电子收集效率。

样品和电子之间的相互作用可以产生许多不同类型的电子、光子或辐射。在扫描电子显微镜中，用于成像的两种电子是背散射电子和二次电子。

二次电子是核外电子，由于入射电子的“碰撞”而获得能量，并从样品表面逃逸。它们的主要特点是：

(1)能量小于50eV，更容易被探测器前端的电场所吸引，所以阴影效应较弱。

(2)只有样品表面很浅（约10nm）的部分激发出的二次电子才能逃出样品表面,因此二次电子像具有较高的分辨力。

(3)二次电子的产额主要取决于样品表面的局部斜率，因此二次电子像主要是一个形貌像。

可以被看作是由许多细节，如凸尖，步骤，和凹坑组成的表面具有不同程度的倾斜。这些细节的不同部分发射不同数量的二次电子，从而产生对比度。

二次电子像分辨率高，无明显阴影，景深大，立体感强。是扫描电子显微镜的主要成像方法，特别适用于粗糙样品表面的形态观察。

审核编辑 黄宇