SEM掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理
日期:2023-01-03 18:59:25 瀏覽次數(shù):131
掃描電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 掃描電鏡是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段,掃描電鏡的優(yōu)點是,①有較高的放大倍數(shù),20-30萬倍之間連續(xù)可調(diào);②有很大的景深,視野大,成像富有立體感,可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu);③試樣制備簡單。 目前的掃描電鏡都配有X射線能譜儀裝置,這樣可以同時進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析,因此它像透射電鏡一樣是當(dāng)今十分有用的科學(xué)研究儀器。
掃描電子顯微鏡是由電子光學(xué)系統(tǒng),信號收集處理、圖象顯示和記錄系統(tǒng),真空系統(tǒng)三個基本部分組成。
其中電子光學(xué)系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室。掃描電子顯微鏡中的各個電磁透鏡不做成相透鏡用,而是起到將電子束逐級縮小的聚光作用。一般有三個聚光鏡,前兩個是強磁透鏡,可把電子束縮小;第三個透鏡是弱磁透鏡,具有較長的焦距以便使樣品和透鏡之間留有一定的空間,裝入各種信號接收器。掃描電子顯微鏡中射到樣品上的電子束直徑越小,就相當(dāng)于成相單元的尺寸越小,相應(yīng)的放大倍數(shù)就越高
掃描線圈的作用是使電子束偏轉(zhuǎn),并在樣品表面做有規(guī)則的掃動。電子束在樣品上的掃描動作和顯相管上的掃描動作保持嚴(yán)格同步,因為它們是由同一個掃描發(fā)生器控制的。電子束在樣品表面有兩種掃描方式,進(jìn)行形貌分析時都采用光柵掃描方式,當(dāng)電子束進(jìn)入上偏轉(zhuǎn)線圈時,方向發(fā)生轉(zhuǎn)折,隨后又有下偏轉(zhuǎn)線圈使它的方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折。發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)的電子束通過末級透鏡的光心射到樣品表面。在電子束偏轉(zhuǎn)的同時還帶用逐行掃描的動作,電子束在上下偏轉(zhuǎn)線圈的作用下,在樣品表面掃描出方形區(qū)域,相應(yīng)地在樣品上也畫出一幀比例圖像。樣品上各點受到電子束轟擊時發(fā)出的信號可由信號探測器收集,并通過顯示系統(tǒng)在顯像管熒光屏上按強度描繪出來。如果電子束經(jīng)上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折后未經(jīng)下偏轉(zhuǎn)線圈改變方向,而直接由末級透鏡折射到入射點位置,這種掃描方式稱為角光柵掃描或搖擺掃描。入射束被上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折的角度越大,則電子束在入射點上搖擺的角度也越大。在進(jìn)行電子束通道花樣分析時,采用這種方式。
樣品室內(nèi)除放置樣品外,還安置信號探測器。樣品臺本身是個復(fù)雜而精密的組件,它能夾持一定尺寸的樣品,并能使樣品作平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)等運動,以利于對樣品上每一特定位置的進(jìn)行各種分析
二次電子、背散射電子、透射電子的信號都可采用閃爍計數(shù)器來進(jìn)行檢測。信號電子進(jìn)入閃爍體后即引起電離,當(dāng)離子和自由電子復(fù)合后就產(chǎn)生可見光??梢姽庑盘柾ㄟ^光導(dǎo)管送入光電倍增器,光信號放大,即又轉(zhuǎn)化成電流信號輸出,電流信號經(jīng)視頻放大器放大后就成為調(diào)制信號。由于鏡筒中的電子束和顯像管中的電子束是同步掃描的,而熒光屏上每一點的亮度是根據(jù)樣品上被激發(fā)出來的信號強度來調(diào)制的,因此樣品上各點狀態(tài)各不相同,所接受的信號也不相同,于是就在顯像管上看到一幅反映樣品各點狀態(tài)的掃描電子顯微圖像。
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