扫描电子显微镜的基本原理

扫描电子显微镜的基本原理
扫描电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM) 是一种用于高分辨率微区形貌分析的大型精密仪器  。具有景深大、分辨率高, 成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。另外具有可测样品种类丰富, 几乎不损伤和污染原始样品以及可同时获得形貌、结构、成分和结晶学信息等优点。目前, 扫描电子显微镜已被广泛应用于生命科学、物理学、化学、司法、地球科学、材料学以及工业生产等领域的微观研究, 仅在地球科学方面就包括了结晶学、矿物学、矿床学、沉积学、地球化学、宝石学、微体古生物、天文地质、油气地质、工程地质和构造地质等。
扫描电子显微镜(SEM) 是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品, 通过光束与物质间的相互作用, 来激发各种物理信息, 对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。新式的扫描电子显微镜的分辨率可以达到1nm;放大倍数可以达到30万倍及以上连续可调;并且景深大, 视野大, 成像立体效果好。此外, 扫描电子显微镜和其他分析仪器相结合, 可以做到观察微观形貌的同时进行物质微区成分分析。扫描电子显微镜在岩土、石墨、陶瓷及纳米材料等的研究上有广泛应用。因此扫描电子显微镜在科学研究领域具有重要作用。
扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源;点光源在加速电压下形成高能电子束;高能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点, 在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后, 电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面, 同时激发出不同深度的电子信号。此时, 电子信号会被样品上方不同信号接收器的探头接收, 通过放大器同步传送到电脑显示屏, 形成实时成像记录  。由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号有:俄歇电子 (Au E) 、二次电子 (SE) 、背散射电子 (BSE) 、X射线 (特征X射线、连续X射线) 、阴极荧光 (CL) 、吸收电子 (AE) 和透射电子 。每种电子信号的用途因作用深度而异。