热场发射扫描式电子显微镜(TFSEM)仪器简介.

扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。

目前的扫描电镜都配有X 射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。

电子束与固体样品的相互作用扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。

通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得对是试样表面性貌的观察。

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。

电子束和固体样品表面作用时的物理现象一、背射电子背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。

弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。

非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。

非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。

从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。

背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如下图所示。

电子束在试样中的散射示意图背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。

背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。

二、二次电子二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。

钨灯丝冷场热场扫描电镜的区别SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔径(Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。

电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。

热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(work function)能障而逃离。

对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。

价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电子，电子能量散布为 2 eV，钨的功函数约为，钨灯丝系一直径约100μm，弯曲成 V 形的细线，操作温度约 2700K，电流密度为 cm2，在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小，使用寿命约为 40~80 小时。

六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使用LaB6 只要在 1500K 即可达到，而且亮度更高，因此使用寿命便比钨丝高出许多，电子能量散布为 1 eV，比钨丝要好。

SEM(扫描电子显微镜)的原理
SEM是一种通过高能电子束扫描样品表面并利用其所产生的
信号来形成图像的显微镜。

其原理是利用电子束与样品表面交互所产生的各种信号（如二次电子、反射电子、散射电子、背散射电子等）作为样品表面形貌信息的载体，经过放大和成像后形成对样品表面形貌的图像。

具体来说，SEM的主要原理包括：
1. 高能电子束的产生
SEM使用的电子束通常由热阴极或场发射型阴极产生。

电子
从阴极中发射出来后，经过加速管加速到几千伏至数十万伏的高能电子束。

2. 电子束的聚焦
SEM使用电磁聚焦系统将电子束聚焦到非常小的点上，从而
实现高分辨率成像。

聚焦系统通常由多组圆柱形或双凸透镜组成。

3. 样品表面的交互
高能电子束照射样品表面时，会与样品表面相互作用，产生各种不同的信号。

这些信号包括二次电子、反射电子、散射电子、背散射电子等，它们可以提供关于样品表面形貌、成分和结构的信息。

4. 信号的检测和处理
SEM的检测系统通常由二次电子检测器、反射电子检测器、消旋极检测器等多种类型的检测器组成。

这些检测器负责收集和处理样品表面产生的各种信号，经过放大和成像等处理后，成为最终的SEM图像。

综上所述，SEM主要通过高能电子束和样品表面信号的交互来实现图像的成像和分析。

它能够观察到样品表面微观结构的形貌、成分和表面化学性质等信息，具有广泛的应用价值。

场发射扫描电镜工作原理场发射扫描电镜（Field Emission Scanning Electron Microscope，FE-SEM）是一种利用电子束扫描样品表面并通过信号与图像处理系统来重现样品表面微观结构的高分辨率电子显微技术。

FE-SEM是目前最常用、最成熟的电子显微技术之一，具有分辨率高、对样品厚度敏感度低、对材料表面信息获取能力强等优点。

FE-SEM的工作原理非常复杂，下面简要介绍其基本原理。

FE-SEM主要由以下几个部分组成：电子枪、聚焦系统、扫描系统、检测系统和成像系统。

其中电子枪和聚焦系统是电子束发射和聚焦的部分，扫描和检测系统则负责扫描样品表面并收集反射的电子信号，最后成像系统则将信号转化为图像。

电子枪通过引入高压电场和热发射，产生一个极小尺寸的电子束。

聚焦系统的作用是将电子束聚焦到样品表面上，使其成为一束高能量、小尺寸的电子束。

这个过程中，电子束会出现能量弥散，需要进行补偿，以形成更加稳定的电子束。

扫描系统的作用是将电子束在样品表面进行扫描，构建出样品表面的形貌和结构信息。

这个过程中，扫描器会通过在x和y方向上推动电子束来进行扫描，电子束与样品表面会产生相互作用，产生不同的信号。

这些信号经过检测系统的收集，可以分为两种类型：二次电子信号和背散射电子信号。

二次电子信号主要反映的是样品表面的形貌和镜像信息，而背散射电子信号则主要反映样品表面的成分和晶体结构信息。

检测系统可以通过检测这些信号并转化为图像，将样品表面的形貌和结构再现出来。

不同的检测系统可以处理的信号类型不同，有些可以处理二次电子信号，有些则只能处理背散射电子信号。

一般情况下，将这两种信号进行叠加可以获得更加完整的样品信息。

总的来说，FE-SEM的工作原理基于电子枪和聚焦系统形成高能量、小尺寸的电子束，扫描系统进行扫描和信号收集，检测系统将信号转化为图像再进行成像的整个过程。

在这个过程中，电子束与样品表面的相互作用是最核心的。

扫描电子显微镜
电子显微镜（electron microscope）是一种先进的显微透视仪器，它可以拍
摄出由原子尺度的材料和机制形成的细微结构及其交互作用。

它采用一种独特的电子束来捕捉样品细微结构的图像，拥有微观和宏观尺度双向放大和查看样品细微结构的能力，使得专家可以更清楚地解释其形成机制和性质特征。

电子显微镜首次发明于1931年，由日本物理学家三岛征克爵士及其团队发明，其中的核心原理是利用电子的波——称为波的功，将电子准备。

他发明的这种器件就叫做电子显微镜，它可以放大千万倍，可以用来研究小又小的物质结构，是现代科学发展的重要组成部分。

电子显微镜通常分为扫描电子显微镜和透射电子显微镜两种，根据不同类型的
电子束，可以分为模块变型电子显微镜，抽运电子显微镜。

而扫描电子显微镜是最常见，也是最有效的一种，它采用的转换原理是由计算机通过控制调节装置，调节平行的电子束的振幅和频率，来对样品放大和查看细微结构，具有速度高，成像精度高等特点，为原子尺度的研究提供了重要机会。

电子显微镜不仅可以用来查看样品的细微结构，还可以用来进行物理、化学分析，从而可以更加细致地研究材料结构变化和成分变化，神经影像学研究等，可以说这一仪器展现了科技发展的迅猛脚步和迈出的重要一步，完全改变了我们对细微结构的观测和分析。

更重要的是，它为科学家更清楚地了解样品的特性，带来了无穷的发展潜力。

电子扫描显微镜电子扫描显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种用于观察物体的表面细节的工具，它是一种通过电子束来准确扫描样品表面结构的装置。

它可以提供关于结构、尺寸和形状的信息，并且可以分析样品的表面或内部组件。

当这种显微镜用于观察样品时，电子束会以一种巧妙的方式扫描样品，产生放大像。

这种放大像由反射性的电子成像仪捕捉。

SEM使用较大的真空管，因此在操作时要安装大型真空装置，而且真空系统必须能够保持极低的气压。

此外，还需要电子镜头和转换器，以便将电子束转换为图像。

该装置包含一个涡轮或真空泵，用于创建所需的低压，以及用于操纵和加速电子束的电子发射源，使之可以迅速扫描物体的表面。

最后，电子扫描显微镜还需要一个样品空间，用于帮助用户操作样品。

电子扫描显微镜的应用非常广泛，它可以用于制造、矿物、食品和分子结构等行业。

在制造行业中，它可以用于检测微米级的缺陷，从而使产品更加符合质量标准。

在矿物学方面，它可以用来观察自然界中不同矿物和物质的表面细节，从而帮助科学家分析矿物学结构。

此外，在食品行业，它可以用来研究食物粒子的形状和结构，以便有效地检测食品质量。

总的来说，电子扫描显微镜是一种重要的显微镜，它可以帮助科学家在很细的尺度上观察样品，并提供关于表面细节、尺寸和形状的宝贵信息。

此外，它也可以用于观察细菌、病毒、细胞以及宏观物体，因此这种显微镜在很多领域都被广泛应用。

电子扫描显微镜的精度和分辨率可以达到原子尺度，因此它可以帮助科学家观察更精细的结构特征，包括表面微根、孔隙和气孔等。

此外，它也可以用于分析结构上的细微差异，这对于研究复杂结构物和分子组成是十分必要的。

电子扫描显微镜还可以用于研究所测量物体的光学和化学特性。

例如，通过测量细胞内核的形状和膨胀率，可以帮助科学家了解细胞内有效组分的比例。

此外，它还可以用于测量和分析性质，包括电子能量损失，X射线衍射，荧光显微镜，拉曼光谱，X射线成像，扫描隧道显微镜等。