电子显微镜利用电子成像
电子显微镜利用电子成像,类似于光学显微镜使用可见光成像。由于电子的波长远小于光的波长,所以电子显微镜的分辨率要高于光学显微镜的分辨率。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM),简称扫描电镜,已成为功能强、用途广的材料表征工具,已广泛应用于材料,冶金,矿物,生物学等领域,如图1所示为蔡司场发射扫描电镜。SEM主要组成部分是:电子光学系统,信号收集处理系统,图像显示和记录系统,真空系统,电源及控制系统等。
电子束以栅网模式扫描样品
在SEM中,电子束以栅网模式扫描样品。首先,电子在镜筒顶部生成电子。当电子的热能超过了源材料的功函数时,就会被释放出来,然后它们加速向带有正电荷的阳极高速移动。整个电子镜筒必须处于真空状态。
像电子显微镜的所有组件一样,电子也被密封在特殊的真空室中以保护它不受污染、振动和噪音的影响。除了保护电子不受污染,真空环境有利于得到高分辨率图像。
若非真空环境,镜筒中可能存在其他原子和分子,它们与电子相互作用,使电子束发生偏转,从而降低图像质量。高真空环境也提高了镜筒内检测器对电子的收集效率。
仪器设计了阶段式真空(stepvacuum)
平时操作,若要将样品室真空亦保持在10-8pa(10-10torr),则抽真空的时间将变长而降低仪器的便利性,更增加仪器购置成本,因此一些仪器设计了阶段式真空(step vacuum),亦即使电子、磁透镜及样品室的真空度依序降低,并分成三个部份来读取真空计读数,如此可将样品保持在真空度10-5pa的环境下即可操作。平时待机或更换样品时,为防止电子污染,皆使用真空阀(gun valve)将电子及磁透镜部份与样品室隔离,实际观察时再打开使电子束通过而打击到样品。
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