一、掃描電子顯微鏡的原理

掃(sao)描電(dian)(dian)鏡由電(dian)(dian)子(zi)(zi)槍發(fa)射出電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(直徑約50um)，在加速電(dian)(dian)壓的作用下經(jing)過磁透鏡系統匯聚(ju)(ju)，形成直徑為(wei)5 nm的電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)，聚(ju)(ju)焦在樣品(pin)(pin)表(biao)面上(shang)(shang)，在第(di)二聚(ju)(ju)光鏡和物鏡之間偏轉(zhuan)線圈的作用下，電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)在樣品(pin)(pin)上(shang)(shang)做光柵狀(zhuang)掃(sao)描，電(dian)(dian)子(zi)(zi)和樣品(pin)(pin)相互作用產生信號(hao)(hao)電(dian)(dian)子(zi)(zi)。這些信號(hao)(hao)電(dian)(dian)子(zi)(zi)經(jing)探測器收(shou)集(ji)并轉(zhuan)換為(wei)光子(zi)(zi)，再(zai)經(jing)過電(dian)(dian)信號(hao)(hao)放(fang)大器加以放(fang)大處理，最(zui)終成像在顯示(shi)系統上(shang)(shang)。

試(shi)樣(yang)可(ke)為塊狀或粉末顆(ke)粒，成像(xiang)信號(hao)可(ke)以(yi)是(shi)二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)、背散射電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)或吸收(shou)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)。其中二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)最(zui)主(zhu)要的(de)成像(xiang)信號(hao)。由電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)槍發射的(de)能(neng)量(liang)(liang)為5～35keV的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)，以(yi)其交(jiao)叉斑作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)源，經二(er)(er)(er)級聚光鏡及物鏡的(de)縮(suo)小形(xing)成具有(you)一定能(neng)量(liang)(liang)、一定束(shu)(shu)流強度和束(shu)(shu)斑直徑的(de)微(wei)細電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)，在掃描線圈驅動(dong)下，于試(shi)樣(yang)表面按一定時(shi)間(jian)、空間(jian)順序做柵(zha)網(wang)式(shi)掃描。聚焦電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)與試(shi)樣(yang)相互作(zuo)用，產生(sheng)二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發射(以(yi)及其他物理信號(hao))，二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發射量(liang)(liang)隨試(shi)樣(yang)表面形(xing)貌而變化。二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)信號(hao)被探測器(qi)收(shou)集轉換成電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)信號(hao)，經視頻放大(da)后輸(shu)入到顯(xian)像(xiang)管柵(zha)極，調制與入射電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)(shu)同(tong)步掃描的(de)顯(xian)像(xiang)管亮度，可(ke)得到反應試(shi)樣(yang)表面形(xing)貌的(de)二(er)(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)像(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(yu)普(pu)通光學顯微鏡(jing)不同，在SEM中，是通過控(kong)制掃(sao)描(miao)區域的(de)大(da)(da)小來控(kong)制放(fang)大(da)(da)率的(de)。如果需要更(geng)高(gao)的(de)放(fang)大(da)(da)率，只需要掃(sao)描(miao)更(geng)小的(de)一(yi)塊面(mian)(mian)積(ji)(ji)就可以(yi)了。放(fang)大(da)(da)率由屏幕(mu)/照片面(mian)(mian)積(ji)(ji)除(chu)以(yi)掃(sao)描(miao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)得到。所以(yi)，SEM中，透鏡(jing)與(yu)放(fang)大(da)(da)率無關(guan)。

2、場深

在SEM中，位于(yu)焦(jiao)平面上(shang)下的(de)(de)一小層(ceng)區(qu)域(yu)內(nei)的(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)點(dian)都可以得到良(liang)好的(de)(de)會(hui)焦(jiao)而成象。這一小層(ceng)的(de)(de)厚(hou)度(du)稱為場深，通(tong)常為幾納(na)米厚(hou)，所以，SEM可以用于(yu)納(na)米級(ji)樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)三維成像。

3、作用體積

電子(zi)束不(bu)僅僅與樣(yang)品表層原子(zi)發生作(zuo)用，它實際上與一(yi)定厚(hou)度范(fan)圍內的樣(yang)品原子(zi)發生作(zuo)用，所(suo)以(yi)存在(zai)一(yi)個(ge)作(zuo)用“體積”。

作用體積(ji)的(de)(de)厚度因信(xin)號的(de)(de)不同而(er)不同：

歐革(ge)電子：0.5～2納米(mi)。

次級(ji)電子：5λ，對(dui)于導(dao)體(ti)(ti)，λ=1納米；對(dui)于絕緣體(ti)(ti)，λ=10納米。

背散射電(dian)(dian)子：10倍于次(ci)級電(dian)(dian)子。

特征X射線：微(wei)米級(ji)。

X射(she)線連續譜(pu)：略大(da)于特征X射(she)線，也在微米級(ji)。

4、工作距離

工作距(ju)離指從(cong)物鏡到樣品最高點(dian)的垂直(zhi)距(ju)離。

如果(guo)增加工作(zuo)距離，可(ke)以在其他條件不變(bian)的情況下獲得更大的場深(shen)。

如果減少工(gong)作距離(li)，則可(ke)以(yi)在其他條件不(bu)變的情況(kuang)下獲得更高(gao)的分辨(bian)率。

通常使(shi)用的(de)工作距離在5毫米到10毫米之間。

5、成象

次級(ji)電(dian)子和背散射電(dian)子可以用于成(cheng)象，但(dan)后(hou)者不如(ru)前者，所以通常使用次級(ji)電(dian)子。

6、表面分析

歐革電(dian)(dian)子(zi)(zi)、特征X射(she)線、背散射(she)電(dian)(dian)子(zi)(zi)的產生過程均與樣品原子(zi)(zi)性質(zhi)有關(guan)，所以(yi)(yi)可以(yi)(yi)用(yong)(yong)于(yu)成分(fen)分(fen)析(xi)。但由于(yu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)束只能(neng)穿透樣品表面很淺的一(yi)層（參(can)見(jian)作用(yong)(yong)體積），所以(yi)(yi)只能(neng)用(yong)(yong)于(yu)表面分(fen)析(xi)。

表面分析(xi)以特征X射(she)線分析(xi)最常用，所用到(dao)的探測(ce)器(qi)有兩種：能譜分析(xi)儀與(yu)波譜分析(xi)儀。前者(zhe)速度(du)快(kuai)但精度(du)不高，后(hou)者(zhe)非常精確，可(ke)以檢(jian)測(ce)到(dao)“痕跡元(yuan)素”的存在但耗時太長。