掃描電鏡的結構及用途

　　掃描電鏡全稱掃描電子顯微鏡，可對樣品進行綜合分析，已成為重要分析工具。掃描電鏡可以分析纖維、紙張、鋼鐵質量，觀察礦石結構、檢測催化劑微觀結構、觀看癌細胞與正常細胞差異等。

掃描電鏡的結構

　　一、電子光學系統：

　　掃描電鏡電子光學系統由電子槍與透鏡系統、電子探針掃描偏轉系統組成。可以產生直徑為幾十埃的掃描電子束，即電子探針，使樣品表面作光柵狀掃描。

　　1、電子槍與透鏡系統

　　電子槍組成：陰極、陽極、柵極。直徑約為0.1mm鎢絲制成，加熱后發射的電子在柵極和陽極作用下，在陽極孔附近形成交叉點光斑，其直徑約幾十微米。

　　掃描電鏡沒有成像電鏡，成像原理與透射電鏡截然不同。所有透鏡皆為縮小透鏡，起縮小光斑的作用。縮小透幾十鏡將電子槍發射的直徑約為30μm電子束縮小成幾十埃，由兩個聚光鏡和一個末透鏡完成三個透鏡的總縮小率為2000～3000倍。

　　兩個聚光鏡分別是diyi聚光鏡和第二聚光鏡，可將在陽極孔附近形成的交叉點縮小。聚光鏡可動光闌位于第二聚光鏡和物鏡之間，用于控制選區衍射時電子書的發散角。提高角分辨率。

　　被聚光鏡縮小的光斑再由物鏡進一步縮小，使光斑直徑為幾十埃。然后匯聚在樣品上。

　　物鏡有兩個極靴，分別為上級靴和下級靴。上下級靴的形狀不對稱，極靴孔徑也不同，以適應不同需要。為在物鏡上級靴孔內裝掃描線圈、消像散器，也為降低球差和色差，上級靴孔徑稍大些。為避免透鏡磁場對二次電子圖像及磁性材料觀察的影響，下級靴孔徑稍小些。

　　物鏡可動光柵用于調整電子探針孔徑角，縮小電子束斑直徑，以獲得Zda探針電流。在觀察二次電子圖像時，調整物鏡可動光柵可獲得焦深大的電子顯微圖像。

　　2、電子探針掃描偏轉系統

　　電子探針掃描偏轉系統是掃描電鏡特殊部件。采用上下兩對偏轉線圈，放在物鏡上級靴孔中，其中上下各有一對線圈產生X方向掃描，成為行掃，另外上下各有一對線圈產生Y方向掃描，成為幀掃。因要求電子探針在樣品上掃描，與電子束在顯像管熒光屏上掃描同步，通常用一個掃描發生器驅動掃描線圈及顯像管掃描偏轉線圈。

　　二、電子訊號收集、處理和顯示

　　掃描電鏡束與樣品作用后可產生多種訊號：①二次電子;②背散射電子;③X射線;④吸收電子;⑤俄歇電子;⑥陰極發光;⑦電子-空穴對;⑧透射電子。各種訊號由特定的檢測系統收集檢測，形成不同電子圖像。二次電子探測器是掃描電鏡的重要部件之一，二次電子收集系統由柵網、聚焦環、閃爍體組成。

　　柵網上加+250V電壓，用來吸引二次電子。通過調整聚焦環位置可改變閃爍體前加速電場分布，使二次電子比較集中打到加有+12kV的高壓的閃爍體上。

　　二次電子大部分信號穿過柵網，打到閃爍體上，轉換成光信號，經光導管傳遞到光電倍增管進行信號放大，將光電倍增管輸出的電流信號接到視頻放大器，再稍加放大后即可用來調制顯像管亮度，從而獲得圖像。

　　掃描電鏡圖像顯示在顯像管上并由照相機記錄。掃描電鏡一般有兩個顯示通道，一個用于觀察，一個用于照相記錄。用于觀察的顯像管分辨率較低，邊長10cm熒光屏上有500條線。用于照相記錄的顯像管分辨率較高，邊長10cm熒光屏上有800～1000條。

　　三、樣品室、真空及電氣系統

　　掃描電鏡樣品室位于鏡筒下方，裝有冷阱附件，冷阱內冷卻片端部位于樣品與物鏡極靴之間。工作時放入液氮以冷卻冷卻片，在樣品周圍造成低溫環境，減少污物污染鏡筒及樣品。冷阱主要在X射線分析時使用。

　　掃描電鏡真空系統與透射電鏡基本相同。包括機械泵擴散泵、氣動碟閥、真空管道和真空測量裝置等。機械泵與油擴散泵串接，將鏡筒抽成高真空狀態，真空要求高于1.33×10^-4Pa。

　　電氣系統有高壓電源、透射電源、光電倍增管電源，掃描部件、微電流放大器和低電壓電源等，要求具有高穩定度。

掃描電鏡的作用

　　掃描電鏡是在加速高壓作用下將電子槍發射的電子經過多級電磁透鏡匯集成細小(直徑一般為1~5nm)的電子束(相應束流為10^-11~10^-12A)。在末級透鏡上方掃描線圈的作用下，使電子束在試樣表面做光柵掃描(行掃+幀掃)。

　　掃描電鏡入射電子與試樣相互作用會產生二次電子、背散射電子、X射線等各種信息。這些信息的二維強度分布隨著試樣表面的特征而變(這些特征有表面形貌、成分、晶體取向、電磁特性等等)，將各種探測器收集到的信息按順序、成比率地轉換成視頻信號，再傳送到同步掃描的顯像管并調制其亮度，就可以得到一個反應試樣表面狀況的掃描圖像。如果將探測器接收到的信號進行數字化處理即轉變成數字信號，就可以由計算機做進一步的處理和存儲。

　　掃描電鏡主要是針對具有高低差較大、粗糙不平的厚塊試樣進行觀察，因而在設計上突出了景深效果，一般用來分析斷口以及未經人工處理的自然表面。