扫描电镜基本工作原理
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扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它利用电子束代替光束进行成像，可以观察到物质的表面形貌和微观结构。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，利用热电子发射原理产生高能电子束。
热阴极电子枪由电子发射体、聚焦极和加速极组成。
当电子发射体受到加热后，产生的热电子经过聚焦极的聚焦作用，形成一个细束电子束。
二、电子束的聚焦和加速经过电子源产生的电子束，会经过一系列的透镜系统进行聚焦和加速。
透镜系统由一组磁透镜和电透镜组成，它们分别通过调节磁场和电场来控制电子束的聚焦和加速。
通过透镜系统的调节，可以使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高成像的分辨率。
三、样品的准备和固定在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行准备和固定。
通常情况下，样品需要经过化学固定、脱水、金属浸渍等处理步骤，以保持样品的形态结构和细节，并提高电子束的透射性。
四、样品的扫描和成像在样品固定后，将样品放置在扫描电镜的样品台上。
电子束从电子源发射出来后，经过透镜系统的聚焦和加速后，进入扫描线圈系统。
扫描线圈系统通过控制电子束的扫描范围和速度，使电子束在样品表面进行扫描。
扫描过程中，电子束与样品表面相互作用，产生多种信号。
五、信号的检测和处理样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、背散射电子、X射线等。
这些信号被检测器接收到后，会转换成电信号，并经过放大和处理。
最终，通过将信号转换为图像，可以观察到样品表面的形貌和微观结构。
六、图像的显示和分析通过信号的检测和处理后，得到的图像可以通过显示器进行观察。
扫描电镜图像通常呈现出高对比度和高分辨率的特点，可以清晰地显示样品表面的细节和结构。
同时，还可以利用图像处理软件对图像进行后期处理和分析，如测量样品表面的尺寸、形状等。
总结：扫描电镜通过利用电子束代替光束进行成像，能够观察到物质的表面形貌和微观结构。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，常用于观察材料的表面形貌和结构。
它利用电子束与样品相互作用产生的信号来获取图象，具有较高的分辨率和深度。
扫描电镜的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 电子源：扫描电镜使用的电子源通常是热阴极电子枪。
热阴极通过加热产生的热电子形成电子束。
2. 准直系统：电子束从电子源出射后，需要经过准直系统进行准直。
准直系统包括准直孔、准直磁场和偏转磁场等，用于控制电子束的方向和能量。
3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台。
样品通常需要进行预处理，如去除水分和表面氧化物等。
样品台还可以通过调节高低位置来调整电子束与样品的距离。
4. 扫描线圈：扫描线圈用来控制电子束的扫描范围。
通过改变扫描线圈的电流，可以控制电子束在样品表面的扫描速度和扫描范围。
5. 检测系统：扫描电镜的检测系统用于接收样品与电子束相互作用产生的信号。
常用的检测系统包括二次电子检测器和反射电子检测器。
6. 图象处理和显示：扫描电镜获取的信号经过放大、滤波和数字化处理后，可以通过显示器显示成图象。
图象处理可以增强图象的对照度和清晰度。
扫描电镜的工作原理基于电子与样品的相互作用。
当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子-电子相互作用、电子-原子相互作用和电子-表面相互作用等。
这些相互作用会产生多种信号，如二次电子、反射电子、透射电子和荧光X射线等。
在扫描电镜中，最常用的信号是二次电子。
当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面的原子或者份子吸收或者散射，从而形成二次电子。
二次电子的数量和能量与样品表面形貌和组成有关。
通过采集和检测二次电子，可以获取样品表面的形貌信息。
此外，扫描电镜还可以利用反射电子信号来观察样品的晶体结构和原子罗列等信息。
反射电子是指电子束与样品表面原子相互作用后，被散射回来的电子。
通过采集和检测反射电子，可以获得样品的晶体学信息。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束而非光线来观察样品表面的微观结构。
它能够提供比传统光学显微镜更高的分辨率和更大的深度信息，因此被广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
扫描电镜的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 电子源产生电子束：扫描电镜中的电子源通常采用热阴极发射电子的方式，如热丝或者热发射阴极。
当电子源受到加热时，电子会从阴极表面发射出来，形成电子束。
2. 加速和聚焦电子束：电子束经过加速电场，使其获得足够的能量。
然后，通过电磁透镜系统对电子束进行聚焦，以获得较小的束斑尺寸。
3. 样品表面的相互作用：将要观察的样品放置在扫描电镜的样品台上，并调整样品的位置和倾斜角度。
当电子束照射到样品表面时，它与样品中的原子和份子相互作用，产生多种信号。
4. 信号的检测和处理：样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、散射电子、透射电子等。
这些信号被探测器捕捉，并转化为电信号。
5. 影像的生成和显示：电信号经过放大、转换和处理后，通过计算机系统生成样品的影像。
这些影像可以以黑白或者彩色的形式显示在显示器上，供操作者观察和分析。
扫描电镜相较于传统光学显微镜具有以下优势：1. 高分辨率：扫描电镜的分辨率通常可以达到纳米级别，远远高于传统光学显微镜的分辨率。
2. 大深度信息：扫描电镜可以提供样品表面的三维形貌信息，使观察者能够更全面地了解样品的结构。
3. 高放大倍数：扫描电镜可以实现高倍数的放大，使细微结构和纳米级粒子能够清晰可见。
4. 可观察多种样品：扫描电镜适合于观察各种不同性质的样品，包括金属、陶瓷、生物组织、纤维材料等。
5. 光学显微镜无法观察的细节：扫描电镜能够观察到光学显微镜无法分辨的细节，如纳米级的表面形貌、弱小的缺陷和晶体结构等。
然而，扫描电镜也存在一些限制和挑战：1. 样品制备要求高：扫描电镜对样品的制备要求较高，需要进行表面处理、金属涂覆或者冷冻等步骤，以确保样品的导电性和稳定性。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理引言概述：扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察样品表面形貌和分析成分的高分辨率显微镜。
与传统光学显微镜相比，扫描电镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更细微的细节。
本文将详细介绍扫描电镜的工作原理，包括电子束的产生、样品的准备、信号的检测和图像的生成等方面。
一、电子束的产生1.1 热阴极发射电子热阴极发射电子是扫描电镜中常用的电子源之一。
通过加热金属阴极，使其发射出电子，形成电子束。
常用的金属阴极有钨、铑等，因其熔点高、耐热性好而被广泛应用。
1.2 场发射电子场发射电子是另一种常用的电子源。
在扫描电镜中，通过在导电材料上施加高电压，使其表面形成强电场，从而将电子从导体表面发射出来。
场发射电子具有较高的亮度和稳定性，适用于高分辨率的扫描电镜观测。
1.3 冷阴极发射电子冷阴极发射电子是一种新型的电子源。
与热阴极不同，冷阴极发射电子不需要加热即可发射电子。
常见的冷阴极包括钻石薄膜阴极和碳纳米管阴极。
冷阴极发射电子具有较高的亮度和长寿命，适用于高分辨率和高稳定性要求的扫描电镜。
二、样品的准备2.1 固态样品的处理固态样品在进入扫描电镜之前需要进行一系列的处理。
首先，样品需要被切割成适当的尺寸，并进行抛光以获得平坦的表面。
然后，样品需要被镀上一层导电薄膜，以便电子束能够在样品表面形成有效的信号。
2.2 液态样品的处理液态样品的处理相对较为复杂。
通常，液态样品需要被固化成凝胶或冰冻，以保持其形状和结构。
然后，样品需要被切割成适当的尺寸，并进行抛光和镀膜等处理步骤，以便进行扫描电镜观测。
2.3 生物样品的处理生物样品的处理需要特殊的技术和设备。
首先，生物样品需要被固定，以保持其形状和结构。
然后，样品需要进行脱水、冻干或冰冻等处理步骤，以便进行扫描电镜观测。
此外，为了增强样品的对比度，生物样品通常需要进行染色处理。
三、信号的检测3.1 二次电子信号二次电子信号是扫描电镜中最常用的信号之一。
扫描电镜的工作原理和应用
扫描电镜的工作原理和应用1. 扫描电镜的工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束与样品相互作用来获取图像的仪器。
相比传统的光学显微镜，扫描电镜具有更高的分辨率和更大的深度感，可以观察到更细微的细节。
扫描电镜的工作原理如下：1.电子发射: 扫描电镜通过热发射或场发射的方式产生高能电子束。
这个电子束经过加速电压，使电子获得足够大的能量。
2.聚焦: 电子束经过一系列的聚焦透镜，使其在样品表面形成一个非常小的聚焦点，以提高分辨率。
3.扫描: 电子束通过控制扫描线圈的方式，沿着样品表面进行扫描。
在每一个扫描点，样品上的电子与电子束发生相互作用。
4.信号检测: 所有与电子束相互作用的信号都被收集和检测，包括次级电子、反射电子、散射电子等。
5.图像生成: 通过扫描电镜的控制系统将所有收集到的信号转换为图像。
这些图像可以显示出样品表面的形貌、结构和组成。
2. 扫描电镜的应用扫描电镜广泛应用于各个领域，包括材料科学、生物学、医学等。
下面列举一些常见的应用：1.纳米材料研究: 扫描电镜可以观察到纳米级别的材料结构和形貌，对于纳米材料的制备和性质研究非常重要。
2.生物学研究: 扫描电镜可以观察生物样品的微观结构，如细胞、细胞器和微生物等。
它可以帮助研究者了解生物体的形态、组织和功能。
3.医学检测: 扫描电镜可以用于医学领域中的病理学研究和临床诊断。
例如，可以观察病毒、细菌、组织断面等微小结构，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
4.材料表征: 扫描电镜能够观察材料的粗糙度、晶体结构、颗粒分布等参数，对于材料研究和工程应用具有重要意义。
5.环境科学研究: 扫描电镜可以用于观察和分析大气颗粒物、水中微生物和污染物等的形貌和组成，有助于环境污染的起因和后果研究。
6.艺术文物保护: 扫描电镜可以帮助对文物进行分析，如绘画的颜料、雕塑的材料等。
这对于文物的保护和修复具有重要价值。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束和样品之间的相互作用来获取样品表面的详细信息。
它在材料科学、生物学、纳米技术等领域具有广泛的应用。
一、工作原理概述扫描电镜的工作原理可以分为以下几个步骤：电子源产生电子束，电子束经过聚焦系统聚焦后，通过扫描线圈控制电子束的位置，然后电子束与样品表面发生相互作用，样品表面发射出的信号被探测器采集并转换成图象。
二、电子源扫描电镜使用的电子源通常是热阴极。
热阴极是由钨丝或者其他材料制成的，通过加热使其发射电子。
电子源的温度和电流可以调节，以控制电子束的强度和稳定性。
三、聚焦系统聚焦系统主要由透镜组成，用于聚焦电子束。
透镜可以是磁透镜或者电透镜，通过调节透镜的电流或者磁场来控制电子束的聚焦效果。
聚焦系统的作用是使电子束尽可能地细致和聚焦，以提高分辨率。
四、扫描线圈和扫描控制扫描线圈用于控制电子束的位置，使其按照一定的模式在样品表面挪移。
扫描控制系统可以根据需要调整扫描速度和扫描范围。
通过控制扫描线圈，可以在样品表面获取不同位置的信号，从而形成图象。
五、相互作用和信号检测电子束与样品表面发生相互作用时，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、散射电子、辐射等。
这些信号可以提供关于样品表面形貌、成份和结构的信息。
扫描电镜通常使用多种探测器来采集这些信号，并将其转换为图象。
六、图象处理和显示采集到的信号经过放大、滤波、增益等处理后，可以转换为数字信号，并通过计算机处理和显示。
图象处理软件可以对图象进行增强、测量和分析，以获取更多的样品信息。
七、应用领域扫描电镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域具有广泛的应用。
在材料科学中，扫描电镜可以观察材料的表面形貌、颗粒分布、晶体结构等；在生物学中，扫描电镜可以研究细胞形态、细胞组织结构等；在纳米技术中，扫描电镜可以观察纳米材料的形貌和结构。
总结：扫描电镜通过利用电子束和样品之间的相互作用来获取样品表面的详细信息。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种通过电子束对样品进行扫描和成像的仪器。
它利用高能电子束与样品相互作用，通过采集和分析所产生的信号来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
1. 电子源扫描电镜的核心部件是电子源，通常采用热阴极电子枪产生电子束。
热阴极电子枪通过加热阴极产生的热电子，在电场的作用下形成高速电子束。
2. 电子透镜系统电子束从电子源出射后，经过一系列的电子透镜系统进行聚焦和控制。
电子透镜系统包括透镜和电磁场控制系统，通过调节透镜的电压和电流，可以控制电子束的聚焦和扫描速度。
3. 样品台样品台是放置待观察样品的平台，通常由导电材料制成，以便与电子束的相互作用。
样品台可以通过微动装置在XY方向上进行精确的挪移，以便对样品进行扫描。
4. 扫描线圈扫描线圈是用来控制电子束在样品表面上进行扫描的装置。
它通过改变电流的方向和大小，使得电子束可以在样品表面上按照预定的路径进行扫描。
5. 信号检测器当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。
扫描电镜通常配备多种类型的信号检测器，包括二次电子检测器（SE）、反射电子检测器（BSE）、能谱仪等。
这些检测器可以采集和测量不同类型的信号，以获取样品的形貌和成份信息。
6. 显示和图象处理扫描电镜通过信号检测器采集到的信号，经过放大、滤波等处理后，可以得到样品的图象。
这些图象可以通过显示器进行实时观察，并可以进行进一步的图象处理和分析，如增强对照度、测量尺寸等。
扫描电镜工作原理的基本流程如下：1. 打开电子源，产生高速电子束。
2. 通过电子透镜系统对电子束进行聚焦和控制。
3. 将待观察样品放置在样品台上。
4. 通过扫描线圈控制电子束在样品表面上进行扫描。
5. 信号检测器采集和测量与样品相互作用产生的信号。
6. 经过信号处理和图象处理，得到样品的图象。
7. 通过显示器进行实时观察和分析。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品的相互作用来获得样品的表面形貌和成分信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子束的发射和聚焦扫描电镜中的电子束是通过热阴极或场发射阴极产生的。
电子束首先通过一系列的透镜系统进行聚焦。
这些透镜系统包括电子枪、聚焦透镜和缩聚透镜。
电子束的聚焦使得其能量集中在一个非常小的区域内，从而提高了分辨率。
二、样品的准备与加载在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行准备。
通常，样品需要被切割成非常薄的片或者被涂覆上导电性物质，以便电子束能够通过并与样品相互作用。
准备好的样品会被安装在样品台上，并通过机械或电动系统精确地调整位置。
三、电子束与样品的相互作用当电子束聚焦到样品表面时，电子与样品原子发生相互作用。
这些相互作用包括散射、反射、透射和吸收等。
其中，散射是最重要的相互作用方式。
电子束与样品表面原子的相互作用会产生二次电子、反射电子、散射电子和X射线等。
四、二次电子的检测与信号放大在扫描电镜中，最常用的信号是二次电子。
二次电子是在电子束与样品相互作用时从样品表面发射出来的低能电子。
这些二次电子被探测器捕获，并转化为电信号。
电信号经过放大和处理后，可以被转化为图像。
五、扫描和图像重建扫描电镜的工作方式是通过扫描电子束在样品表面上的移动来获取图像。
电子束被聚焦到一个非常小的区域内，然后通过扫描线的方式在样品表面上移动。
同时，二次电子信号被探测器捕获，并根据扫描位置进行记录。
这些记录的数据经过处理和重建，最终形成样品的图像。
六、图像显示与分析扫描电镜生成的图像可以通过显示器进行观察和分析。
图像显示的分辨率取决于电子束的能量和样品的性质。
扫描电镜还可以通过其他技术手段，如能谱分析、成分分析和表面形貌分析等，对样品进行更深入的研究和分析。
综上所述，扫描电镜通过聚焦电子束、与样品的相互作用、二次电子的检测与信号放大、扫描和图像重建等步骤，实现对样品表面形貌和成分的高分辨率观察。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品相互作用来获取样品表面形貌和成分信息。
它在材料科学、生物科学、纳米科学等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜主要由电子光学系统、扫描系统和检测系统三部分组成。
1. 电子光学系统电子光学系统是扫描电镜的核心部分，它由电子枪、准直系统和透镜系统组成。
电子枪产生高能电子束，准直系统用于将电子束聚焦成细束，透镜系统用于将聚焦的电子束聚焦到样品表面。
2. 扫描系统扫描系统由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过控制电子束的扫描轨迹，使其在样品表面上进行扫描。
样品台用于支撑和定位样品。
3. 检测系统检测系统用于探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程可以分为样品制备、样品加载、参数设置、扫描和图像获取等步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜观察的前提，样品需要具备一定的导电性和稳定性。
常用的样品制备方法包括金属镀膜、碳膜覆盖、冷冻断裂、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将待观察的样品放置在样品台上，并通过样品夹具或者导电胶固定。
加载过程需要注意避免样品表面的污染和损伤。
3. 参数设置在进行观察之前，需要设置扫描电镜的工作参数，包括加速电压、放大倍数、扫描速度等。
这些参数的选择会影响到观察的分辨率和深度。
4. 扫描和图像获取设置好参数后，开始进行扫描和图像获取。
电子束在样品表面进行扫描，扫描线圈控制电子束的移动轨迹。
同时，检测器会探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图像。
三、扫描电镜的应用领域扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学扫描电镜可以用于材料表面形貌的观察和分析，例如金属的晶体结构、陶瓷的微观结构等。
同时，扫描电镜还可以用于材料成分的分析，通过能谱仪可以获取样品的元素组成信息。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。
一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。
1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。
热电子经过加速电压加速形成高速电子束。
2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。
聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。
扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。
3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。
常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成分信息。
二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。
扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。
扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。
三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。
首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。
然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或碳镀膜，以提高导电性。
最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。
2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。
3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。
4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。
5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成分信息。
6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。
7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。
五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。
在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。
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图3 扫描电子显微镜结构原理图
2.电子束与样品的相互作用
当电子束轰击样品表面时，一部分的能量转变成热能，这可能造成样品 的辐照损伤。还有部分的能量由于电子与样品原子的相互作用而发射出各 种有用的信息。主要有： （ 1）二次电子：入射电子使样品原子激发所产生的电子，它们的能量 很低，一般小于50eV。只有10nm左右的深度范围的二次电子才能逸出样 品表面而被检测。 （2 ）背散射电子：一部分入射电子因与样品原子碰撞而改变运动方向， 经多次碰撞又由样品表面散射出来，称之为背散射电子，其能量接近入 射电子的能量。 （3）特征X射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的X射线。 （4）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。 （ 5）吸收电子：一部分入射电子在与样品原子碰撞过程中将能量全部 释 放给样品，而成为样品中的自由电子，称之为吸收电子。 （6）荧光：样品原子的外层电子被激发后所产生的可见光或红外光。 （ 7 ）感生电动势：入射电子照射样品的 pn 结时产生的电动势（或电 流）。
二.扫描电子显微镜成象原理
扫描电子显微镜是以能量为 1-30KV间的，利用入射电子和试样表
面物质相互作用所产生的二次电子和背散射电子成象，获得试 样表面微观组织结构和形貌信息。配置波谱仪和能谱仪，利用 所产生的X射线对试样进行定性和定量化学成分分析。
检测非均相有机材料、无机材料及在上述微米、亚微米局部 范围内的表面特征。在历史上，扫描电子显微镜（SEM）和电
子微探针（ EPMA ）被看作是各自独立的二种仪器（图 1 图2 ）。
虽然在外观上这是明显的，然而这两种仪器的基本原理却是 十分相似的。都用一束精细聚焦的电子照射需要检测的区域 或是需要分析的微体积，该电子束可以是静止的，或者沿着 样品表面以一光栅的方式扫描。其差别仅仅在于它们感兴趣 的信号不同。
2.二次电子的收集 二次电子常用装在样品室侧面的闪烁体——光电倍增 管检测器检测。入射电子产生的二次电子被加有 +100V 至+200V偏压的栅网收集。闪烁体表面有几十个纳米厚 的导电铝膜，在其加上+10KV偏压。穿过收集栅网的二 次电子被加速到闪烁体。具有加速电子的能量，足以 使闪烁体发光，光强度与二次电子数量成正比。闪烁
图4 电子与物质的相互作用
3.成象原理
扫描电镜的成象过程与电视的摄象——显象过程很相似。来
自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描线圈 和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束（实际 上也是电子束）做同步扫描，使阴极射束在荧光屏上的照射 点（称为象点）与电子束在样品上的照射点（称为物点）按
体发出的光量子通过光导管送到光电倍增管转换成电
压信号，用来调制阴极束。
图5 二次电子探测器结构图
3.影响图象反差的主要因素
图象反差是由于不同物点之间二次电子产额及收集效率的差别造成的。 (1)倾斜效应 如果样品局部表面倾斜φ 角，则电子束在二次电子发射层（约10nm）内的 路径增大。从而使二次电子产额 δ ∝1/cosφ ，即表面越倾斜，二次电子产 额越大。 (2)孔洞效应 来自凸起后面（相对于检测器方向）的物点或孔洞里面的物点的二次电子 均受到侧表面的抑制，导致收集效率的减小。 (3)边缘效应 在凸起的边缘，由于扩大了电子作用区的裸露表面，而使二次电子产额有 明显增大。类似的影响也发生在尺度接近入射电子作用范围的尖锐凸起或小 球。 (4)成分效应 二次电子产额随样品成分的平均原子序数的增大而增加，但这种差别并不 明显。
1.会聚电子束的形成 电子光学系统是扫描电子显微镜的核心，可分为两部分： 电子枪和透镜系统。电子枪能提供一定强度的电子束。来自 热阴极（钨或六硼化镧）或场发射阴极的电子被1-30KV的电 压加速，由阳极孔射出，形成一交叉电子束。其交叉斑对于 热阴极为10-50μ m，对于场发射阴极为10-100nm。透镜系统 由两个或三个电磁透镜组成，改变透镜的励磁电流可连续调 节透镜的焦距。靠近样品的称为物镜，其余的透镜称为会聚 镜。在透镜系统的作用下，能将电子枪形成的电子束交叉斑 缩小，在样品的表面形成最小直径为3-10nm的电子束照射斑。 这时的电子束流为10-10-10-12A，适合于观察二次电子图象。 有时需要更大的电子束电流，例如，背散射电子图象的观察 需要10-7-10-9A，这时照射斑点将增大到0.1-1μ m。
有一定能量的电子轰击样品,以激发出样品的X射线，然后根据 这些 X 射线的波长和强度，来鉴定样品中包含的元素种类及其 含量,从而为人们提供了关于试样化学组成的定性和定量二种信 息。
卡斯坦的设想一提出来之后，立即为欧洲和美国的许多科学工作者所采 用，他们最早是把电子显微镜经过适当改装使其成为电子探针，其分辨率 和测量的精度从今天的角度来看，当然是很低的，只能作一些定性的工作， 但即使这样，也使急于想探索1μ 或几μ 这样微小区域中的化学组成的科学 工作者感到极大的兴奋，使他们更加努力去进一步改进仪器。第一台商品 型电子探针由法国卡梅卡（CAMECA ）公司在卡斯坦的直接指导下于 1956年 首先制成。在这同一时期，苏联的洛夫斯基（Lopofckuji ）也独立的发展 了电子探针的概念。并装置了一台结构大体类似的仪器。卡斯坦的第一台 探针并不具有电子束扫描的功能，其后1959 年英国的卡斯列特（Cosslett ） 和邓克姆布（Duncumt ）又将其进一步改进，使其具有在试样表面的一定 面积上扫描的功能。 电子探针的问世不是偶然的，它是由于人类生产水平的不断提高，对科 学技术提出了更高的要求，人们已经不能满足于对大块试样平均成分的了 解，而是努力探索许多物理、化学的宏观现象与试样在微米级这样的亚微 观区域中成分的不均匀性之间的内在联系。而电子探针的出现正是为解决 这样的课题提供了强有力工具。我国从62年开始引进。
象时得到的，是仪器的极限。通常使用时都是低于这个值。
三、扫描电镜的几种主要图象方式
在固体研究中，扫描电镜的多种用途在很大程度上是基 于电子束在样品中经受的各种相互作用，这些相互作用一般 可分为两类：（1）弹性作用，这种作用可以改变电子束在 样品中的路径，但没有引起明显的能量变化；（2）非弹性 作用，可使能量转移到固体。在这相互作用的过程中，伴随 着能量的传递和转换，就产生了各种各样的信号，其中最主 要的有：背散射电子、二次电子、特征和连续X射线、俄歇 电子和各种能量的光子。原则上说，从所有这些相互作用都 能获得有关样品性质的信息－形状、组成、晶体结构、电子 结构和内部电场或磁场等等。为了从测量的信号中和扫描电 镜记录的图象上获得这些信息，电镜工作者需要具备电子与 样品相互作用和广泛的定性分析知识，如果可能，对定量分 析的知识也应有所了解。
扫描电镜的基本工作原理 及主要图象方式
引 言
一、仪器发展简史 二、扫描电子显微镜成象原理 三、扫描电镜的几种主要图象方式 四、仪器的简单结构 五、仪器的特点
引 言
在当代迅速发展的科学技术中，科学家需要观察、分析和 正确地解释在一个微米（μ m）或亚微米范围内所发生的现象，
扫描电镜和电子探针是两个强有力的仪器，可用它们观察和
2.电子探针发展简史 电子探针（ Eletron Probe ）又名 X 射线微区分析仪（ X--Ray Micgoanalyser）。它的设计思想首先由法国的卡斯坦（Castaing） 在他的老师格乌尼里（Guiner ）指导下，在1949年于巴黎大学
的毕业博士论文中提出来的。它的基本原理是用一束聚焦的具
4.分辨本领 分辨本领在扫描电子显微镜中定义为：清楚地分辨样品上
两个点或两个细节之间的距离的能力。实际上，分辨本领主
要取决于电子束照射在样品上的束斑大小。普通钨丝电子枪 的分辨本领在 6.0-3.5nm之间，而场发射电子枪可达到 1.0nm 。 应该指出：仪器的分辨本领与仪器状态和操作技术有很大关 系。上述数值是在最佳状态下，观察特殊样品的二次电子图
最先进的仪器目前可达25Å，这是采用场发射电子枪获得的
重要改进。场发射电子枪是具有很高的亮度和很小的电子 源。另一个主要特点是扫描电镜的图象反映了样品三维的 形貌特征，这是它具有大的焦深的直接结果。通过电子和 样品的互作用可以研究样品的结晶学，磁学和电学特性。
早在 1938 年 ,Von.Ardence （冯 . 阿尔顿）将扫描线圈加到 透射电子显微镜上（TEM），制成了第一台扫描透射电子显微 镜（STEM），该仪器有两个会聚透镜,扫描线圈就置于两个透 镜之间,放大倍数8000X，分辨率在500～1000 Å之间。第一台 检 验 厚 样 品 的 用 二 次 电 子 束 成 象 的 SEM 是 在 1942 年 由 Zworykim 等制成，当时的分辨率仅达到 1μ m 。直到 1952 年， C.W.Qatley 和McMullan 在剑桥（Cambridge ）制成了第一台 现代的 SEM ，分辨率达到 500Å 。 McMullan 和后来的 Smith （史密斯）指出经过信号处理，可以改善图象。Smith还第一 次引入了对信号的非线性放大（γ－处理）。他又用电磁透镜 代替了原来的静电透镜。并且以双重偏转扫描改进了原来的 扫描系统。他还在SEM中加入了消象散器。第一台成功的商 品型仪器是在 1965年问世的，由英国剑桥科学仪器公司制成。 1966年日本电子光学公司也制成了扫描电镜 .在不到十年的时 间中，美国，英国，法国，荷兰，日本和西德已经制成了一 千多台扫描电镜。
中，人们最感兴趣的辐射是由于电子轰击而发射的特征X射线，
从特征X射线的分析能够得到样品中直径小到几微米区域内的 定性和定量成分信息。
图1 JXA-50A电子探针
图2 JSM-840扫描电镜
一.仪器发展简史
1.扫描电镜的简要历史
扫描电镜是用于检验和分析固体微观结构特征的最有用 的仪器之一。它所以如此有用，其主要理由是：可以获得 高的图象分辨率。对商品型仪器，通常的指标优于 100Å，
在扫描电镜（SEM）中，人们最感兴趣的信号是二次电 子和背散射电子，因为当电子束在样品表面扫描时，这些信 号随表面形貌不同而发生变化。二次电子的发射局限于电子 束轰击区附近的体积内，因而可获得相当高分辨率的图象。 象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴 影起伏效果。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次 电子反差的阴影起伏效果。其它的信号在许多情况下也同样 有用。在通常称为电子探针的电子探针显微分析仪（EPMA）