一、掃描電子顯微鏡的工作原理

掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)可以是二次電子、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)。由電子槍發(fā)射的能量為5～35keV 的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)二

級(jí)聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束，在掃描線圈驅(qū)動(dòng)下，于試樣表面按一定時(shí)間、空間順序作柵網(wǎng)式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子發(fā)射（以及其它物理信號(hào)），二次電子

發(fā)射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號(hào)被探測(cè)器收集轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，經(jīng)視頻放大后輸入到顯像管柵極，調(diào)制與入射電子束同步掃描的顯像管亮度，得到反映試樣表面形貌的二次電子像。

二、掃描電鏡的特點(diǎn)

1.可以觀察直徑為0 ～30mm的大塊試樣（在半導(dǎo)體工業(yè)可以觀察更大直徑），制樣方法簡(jiǎn)單。

2.場(chǎng)深大（三百倍于光學(xué)顯微鏡），適用于粗糙表面和斷口的分析觀察；圖像富有立體感、真實(shí)感、易于識(shí)別和解釋。

3.放大倍數(shù)變化范圍大，一般為15 ～200000 倍，對(duì)于多相、多組成的非均勻材料便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。

4.具有相當(dāng)高的分辨率，一般為3.5 ～6nm。

5.可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像的質(zhì)量，如通過(guò)調(diào)制可改善圖像反差的寬容度，使圖像各部分亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖像選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察不同放大倍數(shù)的圖像或不同形式的圖像。

6.可進(jìn)行多種功能的分析。與X射線譜儀配接，可在觀察形貌的同時(shí)進(jìn)行微區(qū)成分分析；配有光學(xué)顯微鏡和單色儀等附件時(shí)，可觀察陰極熒光圖像和進(jìn)行陰極熒光光譜分析等。

7.可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，觀察在不同環(huán)境條件下的相變及形態(tài)變化等。

三、掃描電鏡的主要結(jié)構(gòu)

1.電子光學(xué)系統(tǒng)：電子槍；聚光鏡（第一、第二聚光鏡和物鏡）；物鏡光闌。

2.掃描系統(tǒng)：掃描信號(hào)發(fā)生器；掃描放大控制器；掃描偏轉(zhuǎn)線圈。

3.信號(hào)探測(cè)放大系統(tǒng)：探測(cè)二次電子、背散射電子等電子信號(hào)。

4.圖象顯示和記錄系統(tǒng)：早期SEM采用顯象管、照相機(jī)等。數(shù)字式SEM采用電腦系統(tǒng)進(jìn)行圖象顯示和記錄管理。

5.真空系統(tǒng)：真空度高于10-4 Torr 。常用：機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵、渦輪分子泵。

6.電源系統(tǒng)：高壓發(fā)生裝置、高壓油箱。