简述扫描电镜的构造及成像原理

1、简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其 与透射电镜在样品表征方面的异同1、扫描电镜的构造扫描电镜由电子光学系统、信号收集和图像显示系统、和真空系统三部分组 成。试样信号mi操測餌和处理IQ空系统1.1电子光学系统（镜筒）电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。1.1.1电子枪 扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加 速电压比透射电镜低。1.1. 2电磁透镜 扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做 聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um 的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用儿 个透镜来完成

2、。扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜, 可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。布置这个末 级透镜（习惯上称之物镜）的U的在于使样品室和透镜之间留有一定空间，以便装 入各种信号探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当 于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。采用普通热阴极电子枪时，扫描 电子束的束径可达到6nm左右。若釆用六硼化锢阴极和场发射电子枪，电子束束 径还可进一步缩小。1.1.3扫描线圈 扫描线圈的作用是使电子束偏转,并在样品表面作有规则的扫 动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们 是由同一

3、扫描发生器控制的。1.1. 4样品室 样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的收 集和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或 收到的信号很弱,从而影响分析精度。样品台本身是一个复杂而精密的组件，它 应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和转动等运动，以利于对样 品上每一特定位置进行各种分析。新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微 型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验 （如拉伸和疲劳）。1.2信号的收集和图像显示系统二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可釆用闪烁计数器来检测。信 号电子进入闪烁体后即引起电离

4、，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见 光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即乂转化成电流信号输出，电流 信号经视频放大器放大后就成为调制信号。如前所述，山于镜筒中的电子束和显 像管中电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来 的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不 相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。1. 3真空系统为保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作，对镜筒内的真空度有一定 的要求。一般情况下，如果真空系统能提供1.33x10-2-1.3 3 x1 0 -3Pa的真空度时, 就可防止样

5、品的污染。如果真空度不足，除样品被严重污染外，还会出现灯丝寿命 下降，极间放电等问题。2扫描电镜的成像原理扫描电镜是山电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产 生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表 面各种特征的扫描图像。3、分析扫描电镜与透射电镜在样品表征方面的异同3.1结构差异主要体现在样品在电子束光路中的位置不同，透射电镜的样品在电子束中 间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透 镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端， 电子源在样品上方发射的电子束，经过儿级电磁透镜缩小，到达样

6、品。当然后续 的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差 别。相同之处:都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透 镜，各种控制原理，消象散，合轴等。3.2基本工作原理透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某 一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1一2倍焦距之间， 这些电子通过过物镜放大后重新汇聚,形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜 成像原理相同。这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象, 如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图 像也不会有任何反差，事实上这种物质不

7、存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的 理由。经过物镜放大的像进一步经过儿级中间磁透镜的放大，最后投影在荧光屏 上成像。山于透射电镜物镜焦距很短，也因此具有很小的像差系数，所以透射电 镜具有非常高的空间分辨率，0-0. 2 nm,但景深比较小，对样品表面形貌不敬 感，主要观察样品内部结构。扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子,二次电子被探测器接 收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，山于电子束斑直径是纳米级别, 而显示器的像素是1 0 0 u m以上，这个1 0 Oum以上像素所发出的光，就代表样 品上被电子束激发的区域所发出的光。实现样品上这个物点的放大。如果让电子 束在样品的一

8、定区域做光栅扫描，并且从儿何排列上一一对应调制显示器的像素 的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。具体图像反差形成机制不讲。山于扫 描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离,这就要求扫描电镜物 镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系统的 空间分辨率一般比透射电镜低得多1 -3纳米。但因为物镜焦距较长，图像景深 比透射电镜高的多，主要用于样品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构, 除非破坏样品，例如聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SE M,可以层层观察内部 结构。透射电镜和扫描电镜二者成像原理上根本不同。透射电镜成像轰击在荧光屏 上的电子是那些穿过样品的电子束中的电子，而扫描电镜成像的二次电子信号脉 冲只作为传统CTR显示器上调制CRT三极电子枪栅极的信号而已。透射电镜 我们可以说是看到了电子光成像，而扫描电镜根本无法用电子光路成像来想象。3. 3样品制备TEM：电子的穿透能力很弱，透射电镜往往使用儿口千伏的高能量电子 束，但依然需要把样品磨制或者离子减薄或者超薄切片到微纳米量级厚度，这是 最基本要求。透射制样是学问，制样好坏很多情况要靠运气，北京大学物理学院 电子显微镜实验室，制样室都贴着制样过程规范，结语是祝你好运！SEM:儿乎不用制样，直接观察。大多数非导体需要制作导电膜,绝大多 数儿分