扫描电镜原理

　　扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,简写为SEM)是一个复杂的系统,浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。成像是采用二次电子或背散射电子等工作方式,随着扫描电镜的发展和应用的拓展,相继发展了宏观断口学和显微断口学。

　　扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小(直径一般为1～5nm)的电子束(相应束流为10-11～10-12A)。在末级透镜上方扫描线圈的作用下,使电子束在试样表面做光栅扫描(行扫+帧扫)。入射电子与试样相互作用会产生二次电子、背散射电子、X射线等各种信息。这些信息的二维强度分布随试样表面的特征而变(这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等等),将各种探测器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号,再传送到同步扫描的显像管并调制其亮度,就可以得到一个反应试样表面状况的扫描图像[1]。如果将探测器接收到的信号进行数字化处理即转变成数字信号,就可以由计算机做进一步的处理和存储。

　　扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。扫描电镜的主要特征如下:

　　(1)能够直接观察大尺寸试样的原始表面;

　　(2)试样在样品室中的自由度非常大;

　　(3)观察的视场大;

　　(4)图像景深大,立体感强;

　　(5)对厚块试样可得到高分辨率图像;

　　(6)辐照对试样表面的污染小;

　　(7)能够进行动态观察(如动态拉伸、压缩、弯曲、升降温等);

　　(8)能获得与形貌相对应的多方面信息;

　　(9)在不牺牲扫描电镜特性的情况下扩充附加功能,如微区成分及晶体学分析。

　　传统扫描电镜的主体结构