扫描电子显微镜的结构有哪些

扫描电子显微镜的结构

1、真空系统

成像系统和电子束系统均内置于真空柱中。真空柱的底部是密封室，也就是放置样品的地方。

之所以采用真空，主要基于以下两个原因：

电子束系统中的灯丝在普通大气中会很快氧化失效，所以使用SEM时除了真空外，通常还需要用纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。

为了增加电子的平均自由程，使更多的电子用于成像。

2. 电子束系统

电子束系统由电子和电磁透镜组成。主要用于产生能量分布很窄且具有一定电子能量的电子束，用于扫描成像。

扫描电镜SEM

扫描电镜SEM：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100微米以上，这个100微米以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。实现样品上这个物点的放大。如果让电子束在样品的一定区域做光栅扫描，并且从几何排列上一一对应调制显示器的像素的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。具体图像反差形成机制不讲。由于扫描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离，这就要求扫描电镜物镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成小束斑尺寸下的亮度限制，系统的空间分辨率一般比透射电镜低得多1-3纳米。但因为物镜焦距较长，图像景深比透射电镜高的多，主要用于样品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构，除非破坏样品，例如聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SEM,可以层层观察内部结构。

台式扫描电镜观察材料断口

　　台式扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图像立体扫描电镜的透射电镜是光学显微镜的10倍由于图像景深较大，获得的扫描电子图像具有三维感强、形状三维等特点，比其他显微镜能提供更多的信息，对用户有很大的价值扫描电镜所表明断裂形态从深层和高景深的角度反映了材料断裂的性质，在教学科研和生产中具有的作用，是材料断裂原因分析、事故原因分析、工艺合理性确定等方面的有力工具。

　　台式扫描电镜观察大试样的原始表面

　　台式扫描电子显微镜可以直接观察直径为100毫米、高度为50毫米或更大尺寸的样品，不受样品形状的限制，也可以观察到粗糙的表面，避免了样品制备的麻烦并能真实观察样品本身不同物质成分的对比度。

扫描电子显微镜的基本原理

扫描电镜成像过程与电视成像过程有很多相似之处, 而与透射电镜的成像原理完全不同。透射电镜是利用成像电磁透镜一次成像, 而扫描电镜的成像则不需要成象透镜, 其图象是按一定时间、空间顺序逐点形成并在镜体外显像管上显示

二次电子成象是使用扫描电镜所获得的各种图象中应用比较广泛的, 分辨本领也很高的一种图象。我们以二次电子成象为例来说明扫描电镜成象的原理。

由电子发射的电子束高可达30keV, 经会聚透镜、物镜缩小和聚焦, 在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。在扫描线圈的磁场作用下, 入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用, 将从样品中激发出二次电子。由于二次电子收集极的作用, 可将各个方向发射的二级电子汇集起来, 再将加速极加速射到闪烁体上, 转变成光信号, 经过光导管到达光电倍增管, 使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大并将其输送至显像管的栅极, 调制显像管的亮度。因而, 再荧光屏上呈现一幅亮暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子象。