掃描電子顯微鏡的基本原理

掃描電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 是一種用于高分辨率微區(qū)形貌分析的大型精密儀器  。具有景深大、分辨率高, 成像直觀、立體感強、放大倍數(shù)范圍寬以及待測樣品可在三維空間內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)和傾斜等特點。另外具有可測樣品種類豐富, 幾乎不損傷和污染原始樣品以及可同時獲得形貌、結(jié)構(gòu)、成分和結(jié)晶學信息等優(yōu)點。目前, 掃描電子顯微鏡已被廣泛應用于生命科學、物理學、化學、司法、地球科學、材料學以及工業(yè)生產(chǎn)等領域的微觀研究, 僅在地球科學方面就包括了結(jié)晶學、礦物學、礦床學、沉積學、地球化學、寶石學、微體古生物、天文地質(zhì)、油氣地質(zhì)、工程地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)等。

掃描電子顯微鏡(SEM) 是一種介于透射電子顯微鏡和光學顯微鏡之間的一種觀察手段。其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品, 通過光束與物質(zhì)間的相互作用, 來激發(fā)各種物理信息, 對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質(zhì)微觀形貌表征的目的。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達到1nm;放大倍數(shù)可以達到30萬倍及以上連續(xù)可調(diào);并且景深大, 視野大, 成像立體效果好。此外, 掃描電子顯微鏡和其他分析儀器相結(jié)合, 可以做到觀察微觀形貌的同時進行物質(zhì)微區(qū)成分分析。掃描電子顯微鏡在巖土、石墨、陶瓷及納米材料等的研究上有廣泛應用。因此掃描電子顯微鏡在科學研究領域具有重要作用。

掃描電子顯微鏡電子槍發(fā)射出的電子束經(jīng)過聚焦后匯聚成點光源;點光源在加速電壓下形成高能電子束;高能電子束經(jīng)由兩個電磁透鏡被聚焦成直徑微小的光點, 在透過后一級帶有掃描線圈的電磁透鏡后, 電子束以光柵狀掃描的方式逐點轟擊到樣品表面, 同時激發(fā)出不同深度的電子信號。此時, 電子信號會被樣品上方不同信號接收器的探頭接收, 通過放大器同步傳送到電腦顯示屏, 形成實時成像記錄  。由入射電子轟擊樣品表面激發(fā)出來的電子信號有:俄歇電子 (Au E) 、二次電子 (SE) 、背散射電子 (BSE) 、X射線 (特征X射線、連續(xù)X射線) 、陰極熒光 (CL) 、吸收電子 (AE) 和透射電子 。每種電子信號的用途因作用深度而異。