扫描电子显微镜工作原理

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一、基本结构

扫描电子显微镜主要由真空系统、电子光学系统和电气控制系统三大部分组成。其中，电子光学系统包括电子枪、聚光镜、物镜以及扫描系统等关键部件。

二、工作原理

• 电子束的产生与聚焦：
  • 由电子枪发射出电子束，这些电子在加速电压的作用下被加速，并经过聚光镜和物镜的聚焦，形成一个非常细且能量集中的电子束。
    
• 电子束的扫描：
  • 聚焦后的电子束在样品表面进行逐行扫描。这一过程是通过扫描线圈产生的磁场来控制电子束的偏转来实现的。扫描线圈产生的磁场使得电子束在样品表面以光栅状扫描的方式逐点轰击。
    
• 电子与样品的相互作用：
  • 当高能电子束轰击样品表面时，会与样品表面的物质发生相互作用，激发出多种物理信号，如二次电子、背散射电子、特征X射线、连续谱X射线、俄歇电子、透射电子和吸收电流等。
    
• 信号的收集与转换：
  • 这些被激发出的物理信号会被相应的接收器接收。其中，二次电子是最常用的信号之一，因为它们能够有效地反映样品表面的形貌特征。接收到的信号经过放大后，被送到显像管的栅极上，用于调制显像管的电子束强度，即荧光屏上的亮度。
    
• 成像过程：
  • 由于扫描线圈产生的磁场与显像管中的电子束扫描是同步的，因此样品表面上的每一个点都会与荧光屏上的一个点一一对应。这样，样品表面的形貌特征就被转换成了荧光屏上的图像。通过逐点成像的方式，扫描电子显微镜能够构建出样品表面的高分辨率图像。
    
  
  

三、特点与应用

扫描电子显微镜具有高分辨率、大景深、大视野和成像立体效果好等特点。它广泛应用于基础科学研究、生产工艺控制、产品质量鉴定等领域，如国防、航天、生命科学、医学、生物学、地质勘探、病虫害的防治、灾害鉴定、刑事侦察等。

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