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扫描电镜的工作原理及特点分析

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扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,简写为SEM)是一个复杂的系统,浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。

工作原理:  
扫描电镜电子枪发射出来的电子束,在加速电压的作用下,经过电磁透镜系统汇聚,形成一个细的电子束斑聚焦在样品表面,末级透镜上装有的扫描线圈可控制电子束在样品表面扫描,同时高能电子束作用在样品表面会激发出各种信号,主要包括:二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极荧光和透射电子等,这些信号被相应的接收器接收,经放大后送到显像管的栅极上,调制显像管的亮度,电子束打到样品上一点,在显像管荧光屏上就出现一个亮点,扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法,把样品表面不同的特征,按顺序成比例地转换为视频信号,从而使我们在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。  
 
特点  
(1)能够直接观察样品表面的结构,样品的尺寸可大至120mm*80mm*50mm。  
(2)样品的制备过程简单,不用切成薄片。  
(3)样品可以在样品室中作三维空间的平移和旋转,因此可以从各种角度对样品进行观察。  
(4)景深大,图像富有立体感,可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍,比透射电镜大几十倍。  
(5)图像的放大范围广,分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍,它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间,可达3nm。  
(6)电子束对样品的损伤与污染程度较小。  
(7)能够进行动态观察(如动态拉伸、压缩、弯曲、升降温等)。  
(8)在观察形貌的同时,还可利用从样品发出的其他信号做微区成分及晶体学分析。

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