一、掃描電子顯微鏡的原理

掃描電(dian)(dian)鏡由電(dian)(dian)子(zi)(zi)槍(qiang)發(fa)射出(chu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(直徑約50um)，在加(jia)速(su)電(dian)(dian)壓的作用(yong)下(xia)經過磁透鏡系(xi)統匯聚，形成直徑為5 nm的電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)，聚焦在樣(yang)品表面上，在第二聚光(guang)鏡和物鏡之間偏轉線(xian)圈的作用(yong)下(xia)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)在樣(yang)品上做光(guang)柵狀掃描，電(dian)(dian)子(zi)(zi)和樣(yang)品相互(hu)作用(yong)產(chan)生信號電(dian)(dian)子(zi)(zi)。這些信號電(dian)(dian)子(zi)(zi)經探測器(qi)(qi)收集并轉換為光(guang)子(zi)(zi)，再(zai)經過電(dian)(dian)信號放(fang)大器(qi)(qi)加(jia)以(yi)放(fang)大處(chu)理(li)，最終成像在顯(xian)示系(xi)統上。

試(shi)樣可(ke)為塊狀或粉末顆粒(li)，成(cheng)像(xiang)(xiang)信號(hao)(hao)可(ke)以(yi)是二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)、背散射(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)或吸(xi)收(shou)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)。其中(zhong)二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)是最主要(yao)的成(cheng)像(xiang)(xiang)信號(hao)(hao)。由電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)槍(qiang)發(fa)射(she)的能(neng)(neng)量(liang)為5～35keV的電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)，以(yi)其交叉斑(ban)作為電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)源，經二級聚光鏡及物(wu)鏡的縮小形(xing)成(cheng)具(ju)有一定能(neng)(neng)量(liang)、一定束(shu)(shu)流(liu)強度(du)和束(shu)(shu)斑(ban)直徑(jing)的微(wei)細電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)，在掃(sao)描線圈驅動下，于(yu)試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)按一定時間、空間順序做柵網式(shi)掃(sao)描。聚焦(jiao)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)與試(shi)樣相互(hu)作用，產生(sheng)二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發(fa)射(she)(以(yi)及其他物(wu)理信號(hao)(hao))，二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發(fa)射(she)量(liang)隨試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)形(xing)貌而變化。二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)信號(hao)(hao)被(bei)探測器(qi)收(shou)集轉(zhuan)換成(cheng)電(dian)(dian)(dian)信號(hao)(hao)，經視頻(pin)放大后輸入到(dao)顯像(xiang)(xiang)管柵極，調制與入射(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)同步掃(sao)描的顯像(xiang)(xiang)管亮度(du)，可(ke)得到(dao)反(fan)應試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)形(xing)貌的二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)像(xiang)(xiang)。

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二、掃描電子顯微鏡的主要性能參數及意義

1、放大率

與普通光學顯(xian)微(wei)鏡不同，在(zai)SEM中(zhong)，是通過(guo)控(kong)制(zhi)掃(sao)(sao)描區(qu)域的大小來控(kong)制(zhi)放大率(lv)(lv)(lv)的。如果需要更(geng)高的放大率(lv)(lv)(lv)，只需要掃(sao)(sao)描更(geng)小的一塊面(mian)(mian)積(ji)就可(ke)以(yi)了。放大率(lv)(lv)(lv)由(you)屏(ping)幕/照片(pian)面(mian)(mian)積(ji)除以(yi)掃(sao)(sao)描面(mian)(mian)積(ji)得到。所以(yi)，SEM中(zhong)，透鏡與放大率(lv)(lv)(lv)無關。

2、場深

在(zai)SEM中(zhong)，位于(yu)焦(jiao)平面上下的(de)(de)一小(xiao)層(ceng)區域內的(de)(de)樣(yang)品點都可(ke)以(yi)得(de)到良好的(de)(de)會焦(jiao)而成象。這一小(xiao)層(ceng)的(de)(de)厚(hou)度稱(cheng)為場深，通(tong)常為幾納米(mi)厚(hou)，所以(yi)，SEM可(ke)以(yi)用于(yu)納米(mi)級樣(yang)品的(de)(de)三(san)維成像。

3、作用體積

電(dian)子束不僅僅與樣品表層原(yuan)子發(fa)生(sheng)作(zuo)用(yong)，它實際上與一(yi)定厚度范圍內(nei)的樣品原(yuan)子發(fa)生(sheng)作(zuo)用(yong)，所以存(cun)在一(yi)個作(zuo)用(yong)“體積(ji)”。

作用體積的厚度因信號的不同而不同：

歐革電子：0.5～2納米(mi)。

次級(ji)電子：5λ，對于導(dao)體，λ=1納(na)米；對于絕緣體，λ=10納(na)米。

背散(san)射電子(zi)：10倍于次級電子(zi)。

特(te)征X射線：微米(mi)級。

X射(she)線連續譜：略大于特(te)征X射(she)線，也在微米級。

4、工作距離

工作距離指從物鏡到(dao)樣品最(zui)高點的垂直距離。

如果增加工作距離，可以(yi)在其他條件不(bu)變的(de)情況下獲得更大的(de)場深。

如果(guo)減少工(gong)作(zuo)距離，則可(ke)以在其(qi)他條件不變(bian)的情況下(xia)獲得(de)更高的分辨率。

通常使用的工作距(ju)離在5毫米(mi)到10毫米(mi)之(zhi)間。

5、成象

次級電子和背散射電子可以(yi)用(yong)于成象(xiang)，但后(hou)者不(bu)如前者，所以(yi)通常(chang)使用(yong)次級電子。

6、表面分析

歐(ou)革電子、特征X射線(xian)、背散射電子的產生(sheng)過程(cheng)均與樣(yang)品原子性質有關，所(suo)以(yi)可以(yi)用(yong)于成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析。但由于電子束只(zhi)能穿透(tou)樣(yang)品表面(mian)很淺的一(yi)層(ceng)（參(can)見作用(yong)體積），所(suo)以(yi)只(zhi)能用(yong)于表面(mian)分(fen)(fen)析。

表面(mian)分(fen)析以(yi)特征X射線分(fen)析最常用，所用到的(de)探測器(qi)有兩種：能(neng)譜分(fen)析儀與波譜分(fen)析儀。前者(zhe)(zhe)速度快但(dan)(dan)精度不高，后者(zhe)(zhe)非常精確，可以(yi)檢測到“痕跡元素”的(de)存在但(dan)(dan)耗時(shi)太(tai)長。