掃描電鏡工作原理

　　掃描電鏡全稱掃描電子顯微鏡，是一種大型精密儀器，它是機(jī)械學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、熱學(xué)、材料學(xué)、真空技術(shù)等多門學(xué)科的綜合應(yīng)用。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(xué)系統(tǒng)、探測、信號處理、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)。

掃描電鏡簡介

　　掃描電鏡是對樣品表面形態(tài)進(jìn)行測試的一種大型儀器。當(dāng)具有一定能量的入射電子束轟擊樣品表面時(shí)，電子與元素的原子核及外層電子發(fā)生單次或多次彈性與非彈性碰撞，一些電子被反射出樣品表面，而其余的電子則滲入樣品中，逐漸失去其動能，Z后停止運(yùn)動，并被樣品吸收。

　　在此過程中有99%以上的入射電子能量轉(zhuǎn)變成樣品熱能，而其余約1%的入射電子能量從樣品中激發(fā)出各種信號。這些信號主要包括二次電子、背散射電子、吸收電子、透射電子、俄歇電子、電子電動勢、陰極發(fā)光、X射線等。掃描電鏡設(shè)備就是通過這些信號得到訊息，從而對樣品進(jìn)行分析的。

掃描電鏡的工作原理

　　由下圖我們可以看出，從掃描電鏡燈絲發(fā)射出來的熱電子，受2-30KV電壓加速，經(jīng)兩個(gè)聚光鏡和一個(gè)物鏡聚焦后，形成一個(gè)具有一定能量，強(qiáng)度和斑點(diǎn)直徑的入射電子束，在掃描線圈產(chǎn)生的磁場作用下，入射電子束按一定時(shí)間、空間順序做光柵式掃描。

　　由于掃描電鏡入射電子與樣品之間的相互作用，從樣品中激發(fā)出的二次電子通過收集極的收集，可將向各個(gè)方向發(fā)射的二次電子收集起來。這些二次電子經(jīng)加速并射到閃爍體上，使二次電子信息轉(zhuǎn)變成光信號，經(jīng)過光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管，使光信號再轉(zhuǎn)變成電信號。這個(gè)電信號又經(jīng)視頻放大器放大，并將其輸入到顯像管的柵極中，調(diào)制熒光屏的亮度，在熒光屏上就會出現(xiàn)與試樣上一一對應(yīng)的相同圖像。入射電子束在樣品表面上掃描時(shí)，因二次電子發(fā)射量隨樣品表面起伏程度(形貌)變化而變化。

　　掃描電鏡視頻放大器放大的二次電子信號是一個(gè)交流信號，用這個(gè)交流信號調(diào)制顯像管柵極電，其結(jié)果在顯像管熒光屏上呈現(xiàn)的是一幅亮暗程度不同的，并反映樣品表面起伏程度(形貌)的二次電子像。

　　應(yīng)該特別指出的是：掃描電鏡入射電子束在樣品表面上掃描和在熒光屏上的掃描必須是“同步”，即必須用同一個(gè)掃描發(fā)生器來控制，這樣就能保證樣品上任一“物點(diǎn)”樣品A點(diǎn)，在顯像管熒光屏上的電子束恰好在A’點(diǎn)即“物點(diǎn)”A與“像點(diǎn)”A’在時(shí)間上和空間上一一對應(yīng)。通常稱“像點(diǎn)”A’為圖像單元。顯然，一幅圖像是由很多圖像單元構(gòu)成的。

　　掃描電鏡除能檢測二次電子圖像以外，還能檢測背散射電子、透射電子、特征x射線、陰極發(fā)光等信號圖像。其成像原理與二次電子像相同。

　　在進(jìn)行掃描電鏡觀察前，要對樣品作相應(yīng)的處理。掃描電鏡樣品制備的主要要求是：盡可能使樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好，沒有變形和污染，樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。

掃描電鏡的技術(shù)特點(diǎn)

　　掃描電鏡測試技術(shù)特點(diǎn)主要有：

　　1、聚焦景深大。掃描電鏡的聚焦景深是實(shí)體顯微鏡聚焦景深的50倍，比偏反光顯微鏡則大500倍，且不受樣品大小與厚度的影響，觀察樣品時(shí)立體感強(qiáng)。

　　2、二次電子掃描圖像的分辨率優(yōu)于100埃，比實(shí)體顯微鏡高200倍。可以直接觀察礦物、巖石等的表面顯微結(jié)構(gòu)特征，清晰度好。

　　3、掃描電鏡放大倍數(shù)在14～100000倍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。填補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡之間放大倍數(shù)的空白，便于在低倍下尋找位置，在高倍下詳細(xì)觀察，且不用重新對焦，易于了解局部和整體之間的相互聯(lián)系。

　　4、不破壞樣品，制樣方便，樣品大小幾乎不受限制。

　　5、掃描電鏡是一種有效的理化分析工具，通過它可進(jìn)行各種形式的圖像觀察、元素分析、晶體結(jié)構(gòu)分析。

　　掃描電鏡特殊之處在于把來自二次電子的圖像信號作為時(shí)像信號，將一點(diǎn)一點(diǎn)的畫面“動態(tài)”地形成三維的圖像。