扫描电子显微镜概述

一、扫描电子显微镜的工作原理

扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。

其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为5～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。

聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。

二、扫描电镜的特点

1.可以观察直径为0 ～30mm的大块试样（在半导体工业可以观察更大直径），制样方法简单。

2.场深大（三百倍于光学显微镜），适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。

3.放大倍数变化范围大，一般为15 ～200000 倍，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。

4.具有相当高的分辨率，一般为3.5 ～6nm。

5.可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图像选择器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不同形式的图像。

6.可进行多种功能的分析。与X射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行阴极荧光光谱分析等。

7.可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。

三、扫描电镜的主要结构

1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。

2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。

3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。

4.图象显示和记录系统：早期SEM采用显象管、照相机等。数字式SEM采用电脑系统进行图象显示和记录管理。

5.真空系统：真空度高于10-4 Torr 。常用：机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵。

6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。