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掃描電子顯微鏡SEM講解 掃描電子顯微鏡SEM，是自上世紀(jì)60年代作為商用電鏡面世以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型的電子光學(xué)儀器，被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、材料、半導(dǎo)體制造、微電路檢查等各個(gè)研究領(lǐng)域和工業(yè)部門(mén)。  掃描電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡的外觀圖 特點(diǎn) 制樣簡(jiǎn)單、放大倍數(shù)可調(diào)范圍寬、圖像的分辨率高、景深大、保真度高、有真實(shí)的三維效應(yīng)等，對(duì)于導(dǎo)電材料，可直接放入樣品室進(jìn)行分析，對(duì)于導(dǎo)電性差或絕緣的樣品則需要噴鍍導(dǎo)電層。 基本結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上看，如圖所示，掃描電鏡主要由七大系統(tǒng)組成，即電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)處理和顯示系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、樣品室、真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)。  掃描電子顯微鏡成像 掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)圖 （圖片來(lái)源：西南石油大學(xué)能源材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心） 其中最重要的三個(gè)系統(tǒng)是電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)處理和顯示系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)。 1、電子光學(xué)系統(tǒng) 電子光學(xué)系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、樣品室等，主要用于產(chǎn)生一束能量分布極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成象。 電子槍?zhuān)河糜诋a(chǎn)生電子，主要分類(lèi)如下：電磁透鏡：熱發(fā)射電子需要電磁透鏡來(lái)成束，所以在用熱發(fā)射電子槍的掃描電鏡上，電磁透鏡必不可少。通常會(huì)裝配兩組：匯聚透鏡和物鏡，匯聚透鏡僅僅用于匯聚電子束，與成象會(huì)焦無(wú)關(guān)；物鏡負(fù)責(zé)將電子束的焦點(diǎn)匯聚到樣品表面。 掃描線圈的作用是使電子束偏轉(zhuǎn)，并在樣品表面作有規(guī)則的掃動(dòng)，電子束在樣品上的掃描動(dòng)作和顯像管上的掃描動(dòng)作保持嚴(yán)格同步，因?yàn)樗鼈兪怯赏粧呙璋l(fā)生器控制的。樣品室內(nèi)除放置樣品外，還安置信號(hào)探測(cè)器。 2、信號(hào)探測(cè)處理和顯示系統(tǒng) 電子經(jīng)過(guò)一系列電磁透鏡成束后，打到樣品上與樣品相互作用，會(huì)產(chǎn)生二次電子、背散射電子、俄歇電子以及X射線等一系列信號(hào)。所以需要不同的探測(cè)器譬如二次電子探測(cè)器、X射線能譜分析儀等來(lái)區(qū)分這些信號(hào)以獲得所需要的信息。雖然X射線信號(hào)不能用于成象，但習(xí)慣上，仍然將X射線分析系統(tǒng)劃分到成象系統(tǒng)中。 有些探測(cè)器造價(jià)昂貴，比如Robinsons式背散射電子探測(cè)器，這時(shí)，可以使用二次電子探測(cè)器代替，但需要設(shè)定一個(gè)偏壓電場(chǎng)以篩除二次電子。 3、真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。 真空柱是一個(gè)密封的柱形容器。真空泵用來(lái)在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。有機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵以及渦輪分子泵三大類(lèi)，機(jī)械泵加油擴(kuò)散泵的組合可以滿足配置鎢燈絲槍的掃描電鏡的真空要求，但對(duì)于裝置了場(chǎng)致發(fā)射槍或六硼化鑭及六硼化鈰槍的掃描電鏡,則需要機(jī)械泵加渦輪分子泵的組合。成象系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內(nèi)置在真空柱中。真空柱底端即為右圖所示的樣品室，用于放置樣品。 需要真空的原因包括：一是電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會(huì)迅速氧化而失效，所以需要抽真空。二是為了增大電子的平均自由程，從而使得用于成象的電子更多。 基本原理 掃描電子顯微鏡是利用材料表面微區(qū)的特征（如形貌、原子序數(shù)、化學(xué)成分、或晶體結(jié)構(gòu)等）的差異，在電子束作用下通過(guò)試樣不同區(qū)域產(chǎn)生不同的亮度差異，從而獲得具有一定襯度的圖像。成像信號(hào)是二次電子、背散射電子或吸收電子，其中二次電子是最主要的成像信號(hào)[2]。下圖為其成像原理圖，高能電子束轟擊樣品表面，激發(fā)出樣品表面的各種物理信號(hào)，再利用不同的信號(hào)探測(cè)器接受物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信息。  掃描電子顯微鏡成像 掃描電子顯微鏡成像原理圖 （圖片來(lái)源：西南石油大學(xué)能源材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心） 掃描電鏡除能檢測(cè)二次電子圖像以外，還能檢測(cè)背散射電子、透射電子、特征x射線、陰極發(fā)光等信號(hào)圖像。其成像原理與二次電子像相同。在進(jìn)行掃描電鏡觀察前，要對(duì)樣品作相應(yīng)的處理。 對(duì)樣品的要求 1、不會(huì)被電子束分解 2、在電子束掃描下熱穩(wěn)定性要好 3、能提供導(dǎo)電和導(dǎo)熱通道 4、大小與厚度要適于樣品臺(tái)的安裝 |
