特點

基本結構

圖2：掃描電子顯微鏡結構圖（圖片來源：西南石油大學能源材料實驗教學中心）

其中最重要的三個系統是電子光學系統、信號探測處理和顯示系統以及真空系統。

1、電子光學系統

電子光學系統包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、樣品室等，主要用于產生一束能量分布極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成象。

電子槍：用于產生電子，主要分類如下：

電磁透鏡：熱發射電子需要電磁透鏡來成束，所以在用熱發射電子槍的掃描電鏡上，電磁透鏡必不可少。通常會裝配兩組：匯聚透鏡和物鏡，匯聚透鏡僅僅用于匯聚電子束，與成象會焦無關；物鏡負責將電子束的焦點匯聚到樣品表面。

掃描線圈的作用是使電子束偏轉，并在樣品表面作有規則的掃動，電子束在樣品上的掃描動作和顯像管上的掃描動作保持嚴格同步，因為它們是由同一掃描發生器控制的。

樣品室內除放置樣品外，還安置信號探測器。

2、信號探測處理和顯示系統

電子經過一系列電磁透鏡成束后，打到樣品上與樣品相互作用，會產生二次電子、背散射電子、俄歇電子以及X射線等一系列信號。所以需要不同的探測器譬如二次電子探測器、X射線能譜分析儀等來區分這些信號以獲得所需要的信息。雖然X射線信號不能用于成象，但習慣上，仍然將X射線分析系統劃分到成象系統中。

有些探測器造價昂貴，比如Robinsons式背散射電子探測器，這時，可以使用二次電子探測器代替，但需要設定一個偏壓電場以篩除二次電子。

3、真空系統

真空系統主要包括真空泵和真空柱兩部分。

真空柱是一個密封的柱形容器。真空泵用來在真空柱內產生真空。有機械泵、油擴散泵以及渦輪分子泵三大類，機械泵加油擴散泵的組合可以滿足配置鎢燈絲槍的掃描電鏡的真空要求，但對于裝置了場致發射槍或六硼化鑭及六硼化鈰槍的掃描電鏡,則需要機械泵加渦輪分子泵的組合。成象系統和電子束系統均內置在真空柱中。真空柱底端即為右圖所示的樣品室，用于放置樣品。

需要真空的原因包括：一是電子束系統中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效，所以需要抽真空。二是為了增大電子的平均自由程，從而使得用于成象的電子更多。

掃描電子顯微鏡是利用材料表面微區的特征（如形貌、原子序數、化學成分、或晶體結構等）的差異，在電子束作用下通過試樣不同區域產生不同的亮度差異，從而獲得具有一定襯度的圖像。

成像信號是二次電子、背散射電子或吸收電子，其中二次電子是最主要的成像信號。圖4為其成像原理圖，高能電子束轟擊樣品表面，激發出樣品表面的各種物理信號，再利用不同的信號探測器接受物理信號轉換成圖像信息。

圖4：掃描電子顯微鏡成像原理圖（圖片來源：西南石油大學能源材料實驗教學中心）

掃描電鏡除能檢測二次電子圖像以外，還能檢測背散射電子、透射電子、特征x射線、陰極發光等信號圖像。其成像原理與二次電子像相同。在進行掃描電鏡觀察前，要對樣品作相應的處理。

對樣品的要求

相關應用