扫描电镜的工作原理

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发布时间:
2024-06-05
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扫描电镜是应用相当广泛的“神器”,特别是在材料科学、生物学、医学、半导体材料等领域中发挥着不可替代的作用,同时在工业生产中也能用于鉴定产品质量如何,辅助控制生产工艺。那么,扫描电镜的工作原理是怎样的呢。

扫描电镜的工作原理

1、发射与聚焦

此设备的核心部分是电子发射系统,通常采用场发射或热发射技术产生高能电子束。前者是利用强电场作用使电子从金属尖 端逸出,形成高亮度且高稳定性的电子束;后者则通过加热钨丝等材料,让电子获得足够的能量而发挥作用。电子束经过电磁透镜系统进行聚焦和缩束,也就是借助电磁场对其偏转及聚焦,这样能以适当的尺寸和能量照射到样品表面。调整透镜的电流和磁场,能准确控制聚焦位置和束斑大小。

2、扫描过程

在扫描电镜中,聚焦之后的电子束以光栅扫描的方式在物体上移动。扫描系统通常由一对或多对电磁偏转线圈所组成的,改变线圈中的电流,使其在水平和垂直方向上发生偏转,从而实现逐点扫描的目的。扫描期间电子束会与原子发生相互作用,产生各种信号。此信号与样品的形貌、成分和结构密切相关,这也是获取样品信息的关键。

3、信号探测

不同类型的信号需采用相应的探测器来探测以及转换。比如二次电子探测器用来收集所激发产生的电子,并将其转化为电信号;背散射电子探测仪则用于获取反射回电子枪的电子,以反映样品的原子序数和组成信息,转化后再经过放大和处理,进一步转换为可在屏幕上显示的图像信号。此过程确保了信号的准确性和可靠性。

4、形成与显示

图像的形成依赖于电子束的扫描位置和对应信号的强度。通过信号转换,就会在显示屏上形成一幅图像。可以通过调整电子束的能量、扫描速度和信号增益等参数来优化其亮度和对比度。

分辨率和放大倍数是衡量扫描电镜性能的重要指标,前者表示仪器能够分辨较小细节尺寸,主要受到束斑大小、样品性质、探测器性能等多种因素影响;后者表示仪器把样品细节放大的倍数,通常以调整扫描范围以及速度来实现。注意,仪器应在高真空环境下工作,严格控制好温度和湿度。‍

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