SEM掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理

掃描電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 掃描電鏡是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)是，①有較高的放大倍數(shù)，20-30萬(wàn)倍之間連續(xù)可調(diào)；②有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；③試樣制備簡(jiǎn)單。 目前的掃描電鏡都配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析，因此它像透射電鏡一樣是當(dāng)今十分有用的科學(xué)研究?jī)x器。

掃描電子顯微鏡是由電子光學(xué)系統(tǒng)，信號(hào)收集處理、圖象顯示和記錄系統(tǒng)，真空系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。

其中電子光學(xué)系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室。掃描電子顯微鏡中的各個(gè)電磁透鏡不做成相透鏡用，而是起到將電子束逐級(jí)縮小的聚光作用。一般有三個(gè)聚光鏡，前兩個(gè)是強(qiáng)磁透鏡，可把電子束縮小；第三個(gè)透鏡是弱磁透鏡，具有較長(zhǎng)的焦距以便使樣品和透鏡之間留有一定的空間，裝入各種信號(hào)接收器。掃描電子顯微鏡中射到樣品上的電子束直徑越小，就相當(dāng)于成相單元的尺寸越小，相應(yīng)的放大倍數(shù)就越高

掃描線圈的作用是使電子束偏轉(zhuǎn)，并在樣品表面做有規(guī)則的掃動(dòng)。電子束在樣品上的掃描動(dòng)作和顯相管上的掃描動(dòng)作保持嚴(yán)格同步，因?yàn)樗鼈兪怯赏粋€(gè)掃描發(fā)生器控制的。電子束在樣品表面有兩種掃描方式，進(jìn)行形貌分析時(shí)都采用光柵掃描方式，當(dāng)電子束進(jìn)入上偏轉(zhuǎn)線圈時(shí)，方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后又有下偏轉(zhuǎn)線圈使它的方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折。發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)的電子束通過(guò)末級(jí)透鏡的光心射到樣品表面。在電子束偏轉(zhuǎn)的同時(shí)還帶用逐行掃描的動(dòng)作，電子束在上下偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，在樣品表面掃描出方形區(qū)域，相應(yīng)地在樣品上也畫出一幀比例圖像。樣品上各點(diǎn)受到電子束轟擊時(shí)發(fā)出的信號(hào)可由信號(hào)探測(cè)器收集，并通過(guò)顯示系統(tǒng)在顯像管熒光屏上按強(qiáng)度描繪出來(lái)。如果電子束經(jīng)上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折后未經(jīng)下偏轉(zhuǎn)線圈改變方向，而直接由末級(jí)透鏡折射到入射點(diǎn)位置，這種掃描方式稱為角光柵掃描或搖擺掃描。入射束被上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折的角度越大，則電子束在入射點(diǎn)上搖擺的角度也越大。在進(jìn)行電子束通道花樣分析時(shí)，采用這種方式。

樣品室內(nèi)除放置樣品外，還安置信號(hào)探測(cè)器。樣品臺(tái)本身是個(gè)復(fù)雜而精密的組件，它能夾持一定尺寸的樣品，并能使樣品作平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，以利于對(duì)樣品上每一特定位置的進(jìn)行各種分析

二次電子、背散射電子、透射電子的信號(hào)都可采用閃爍計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。信號(hào)電子進(jìn)入閃爍體后即引起電離，當(dāng)離子和自由電子復(fù)合后就產(chǎn)生可見(jiàn)光。可見(jiàn)光信號(hào)通過(guò)光導(dǎo)管送入光電倍增器，光信號(hào)放大，即又轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)輸出，電流信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大后就成為調(diào)制信號(hào)。由于鏡筒中的電子束和顯像管中的電子束是同步掃描的，而熒光屏上每一點(diǎn)的亮度是根據(jù)樣品上被激發(fā)出來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)制的，因此樣品上各點(diǎn)狀態(tài)各不相同，所接受的信號(hào)也不相同，于是就在顯像管上看到一幅反映樣品各點(diǎn)狀態(tài)的掃描電子顯微圖像。