扫描电子显微镜SEM的结构及原理

结构功能 

扫描电镜主要由电子光学系统，显示系统，真空及电源系统组成。

一、电子光学系统

包括电子枪，聚光镜（*、第二聚光镜和物镜），物镜光阑和扫描系统。其作用是产生直径为几十埃的扫描电子束，即电子探针，使其在样品表面作光栅状扫描电子枪与透射电镜的电子枪基本相同，只是加速电压较低，一般在40kV以下。磁透镜有*、二聚光镜和物镜，其作用与透射电镜的聚光镜相同：缩小电子束的直径，把来自电子枪的约30μm大小的电子束经过*、二聚光镜和物镜的作用，缩小成直径约为几十埃的狭窄电子束。这是由于扫描电镜的分辨率主要取决于电子束的直径，所以要尽可能缩小它，为此，物镜还装备有物镜可动光阑和消散器。一个带有扫描电路的偏转线翻通以锯齿波的电流，产生的磁场作用于电子束使它在样品上扫描。

二、显示系统

包括信号的收集、放大、处理、显示与记录部分。显示和记录部分包括两个显像管和照相机。一个显像管是长余辉的，用于观察；另一显像管是高分辨率的、短余辉的，用于照相。

三、样品室、真空及电源系统

样品室位于镜筒下方，装有冷阱附件，冷阱内冷却片端部位于样品与物镜极靴之间。工作时放入液氮以冷却冷却片，在样品周围造成低温环境，减少污物污染镜筒及样品。冷阱主要在X射线分析时使用。为了能观察大块样品，样品室是大于透射电镜的。

扫描电镜的真空系统由机械泵、油扩散泵、检测系统、真空管道及阀门等组成。机械泵与油扩散泵串联，将镜筒抽成高真空状态，真空度要求高于1.33 X 10^-4Pa。

电源系统有高压电源、透镜电源、光电倍增管电源，扫描部件、微电流放大器和低电压电源等，要求具有高稳定性。

成像原理  

从电子枪灯丝发出的直径20～35μm的电子束，受到阳极的1～40kV高压的加速射向镜筒，并受到*、二聚光镜（或单一聚光镜）和物镜的会聚作用，缩小成直径约几十埃的狭窄电子束射到样品上。与此同时，偏转线圈使电子束在样品上作光栅状的扫描。电子束与样品相互作用将产生多种信号，其中zui重要的是二次电子。二次电子能量很低（小于50eV），受到闪烁片上的高压（＋10kV）的吸引和加速射向闪烁片。闪烁片受到二次电子的冲击把电子的动能转变成可见光，光通过光导棒送到光电倍增管，在那里光被高倍放大并转换成为电流。这个电信号经过前置放大、视频放大后，用它去调制显像管的电子束强度。由于控制镜筒入射电子束的扫描线圈的电路同时也控制显像管的电子束在屏上的扫描，因此，两者是严格同步的，并且样品上被扫描的区域与显像管的屏是点点对应的。在样品上任何一点上的二次电子发射的强度的任何变化将表现为在屏上对应点的亮度的变化，组成了像。可在观察显像管的屏上观察；也可把照相显像管屏上的像拍摄记录下来。

扫描电镜二次电子像的放大倍率由屏上图像的大小与电子束在样品上扫描区域的大小的比例决定：M=像的大小/扫描区域的大小。通常显像管屏的大小是固定的，例如多用9寸或12寸显像管，而电子束扫描区域大小很容易通过改变偏转线圈的交变电流的大小来控制。因此，扫描电镜的放大倍数很容易从几倍一直达到几十万倍，而且可以连续的迅速的改变，这相当于从放大镜到透射电镜的放大范围。