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扫描电子显微镜原理

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发表于 2024-10-12 09:59:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

扫描电子显微镜(SEM)是一种利用高能电子束扫描样品表面,通过收集激发出的二次电子、背散射电子等信号来获取样品表面形貌和结构信息的电子光学仪器。以下是对其原理的详细介绍:

  • 基本工作原理


    • 电子束发射与加速:由电子枪发射的高能电子束,在加速电压的作用下获得动能,并经过电磁透镜聚焦成极细的电子束。
    • 电子束与样品相互作用:聚焦后的电子束在扫描线圈的驱动下,对样品表面进行光栅式扫描。高能电子束与样品相互作用,激发出二次电子、背散射电子等多种信息。
    • 信号收集与放大:激发出的信息被相应的探测器捕获,如二次电子探测器和背散射电子探测器,然后通过光电倍增管将光信号转换为电信号,并进行放大处理。
    • 图像显示与分析:放大后的信号被传送至显像管的栅极,调制显像管的亮度,最终在荧光屏上呈现出与样品表面相对应的显微形貌图像。
  • 主要组成部分


    • 电子光学系统:包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈等,负责产生、聚焦和控制电子束。
    • 信号收集及处理系统:主要由各种探测器组成,用于收集样品表面激发出的信号。
    • 图像显示和记录系统:包括显像管和荧光屏,用于显示和记录样品表面的形貌和结构信息。
    • 真空系统:保持镜筒内的高真空状态,以减少电子束与空气分子的碰撞,提高成像质量。
    • 电源及控制系统:为SEM提供稳定的电源,并控制各部件的工作状态。
  • 技术特点


    • 高分辨率:SEM能够观察试样表面6nm左右的细节。
    • 大景深:由于电子束与样品的相互作用深度较浅,SEM具有较大的景深,能够清晰地观察到起伏较大的粗糙表面。
    • 多样化信息:除了形貌信息外,SEM还能提供样品的元素成分、晶体结构等信息。
    • 样品制备简单:只需将块状或粉末状的样品稍加处理或不处理,就可直接放到SEM中进行观察。


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