关于电子显微镜的原理讲解.docx

显微镜广泛被用作生物研究、工业研究、化学研究等科研重要领域，扫描电子显微镜的技术得到更深入的研究和发展，之所以分享这篇文章，主要是文内很好的帮助我们，提升对扫描电子显微镜原理、结构以及必威体育精装版的发展情况，让我们在工作或者学习中做的更顺手，有更大的技术提升。 第一节 扫描电镜的工作方式 图2-1为扫描电子工作原理示意图。由电子枪发出的电子束在加速电压（通常200V～30kV）的作用下，经过两三个电磁透镜组成的电子光学系统，电子束被聚成纳米尺度的束斑聚焦到试样表面。与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在试样表面一定微小区域内进行逐点逐行扫描。由于高能电子束与试样相互作用，从试样中发射出各种信号（如二次电子、背散射电子、X射线、俄歇电子、阴极荧光、吸收电子等）。图2-1 扫描电镜的工作原理示意图这些信号被相应的探测器接收，经过放大器、调制解调器处理后，在显示器相应位置 显示不同的亮度，形成符合我们人类观察习惯的反映试样二维形貌的图像或者其他可以理解的反差机制图像。由于图像显示器的像素尺寸远大于电子束斑尺寸，（0.1 mm/1nm=100，000 倍 ）而且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，这样显示器上的图像相当于把试样上相应的微小区域进行了放大。通过调节扫描线圈偏转磁场，可以控制电子束在试样表面扫描区域的大小，理论上扫描区域可以无限小，但可以显示的图像有效放大倍数的限度取决扫描电镜分辨率的水平。早期模拟图像输出采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。不过随着电子技术和计算机技术的发展，如今扫描电镜的成像完全实现了数字化图像。 第二节 电子与试样的相互作用 §1. 概述电子枪产生的高能电子束轰击试样表面时，入射电子与试样的原子核和核外电子产生弹性散射和非弹性散射作用。弹性散射是碰撞体系中电子能量和动量守恒的散射，是入射电子与试样中原子相互作用后只改变轨迹而能量基本不变的散射过程。轨道改变的角度从0°到180°之间变化，平均改变角度约为0.1弧度。非弹性散射是碰撞体系中电子能量或动量不守恒的散射，是入射电子与试样原子发生相互作用后发生能量损失的散射，其中电子动量的损失以多种机制（产生二次电子、韧致辐射、内壳层电离、等离子体及光子激发）产生。对非弹性散射，电子轨道改变角度一般小于0.01弧度。一般情况下，入射电子在固体试样中的弹性和非弹性散射过程要重复多次，散射范围逐渐扩大。在此过程中，高能电子束激发出反映试样形貌、结构和成分的各种信号（图2-2），如二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、透射电子（TE）、俄歇电子、特征X射线、连续X射线（轫致辐射）、阴极荧光（CL）、吸收电子（AE）、电子束感生电流等。其中二次电子、背散射电子、俄歇电子、透射电子为电子信号，特征X射线、连续X射线、阴极荧光为电磁波信号，吸收电子、电子束感生电流为电流信号。我们将各种信号与原始电子束信号之间的比例称为某种信号的产额。图2-2 电子与试样相互作用产生的各种信息扫描电镜的功能就是使一个细聚焦的电子束照射试样，并分别检测由试样发出的各种信号，最终根据各种信号的产额大小，按照明暗以图像形式显示出来。扫描电镜中采用的信号往往不是单次散射所得，而是电子经过多次散射以及能量损失后的总效应。扫描电镜主要用二次电子和背散射电子进行试样的观察。能谱仪或波谱仪的成分分析是利用非弹性散射产生的特征X射线能量和强度进行定性、定量分析。晶体的弹性散射还会产生与晶体结构有关的布拉格衍射，可以获得晶体结构信息。一个入射电子可以产生多个二次电子，产生的二次电子和背散射电子，以及俄歇电子的强度及能量分布如图2-3。图2-3 电子的能量分布及强度各种信号在试样中的穿透深度及扩展范围也各不相同，图2-4为各种信号在试样中的穿透深度（Zx）。图2-4 各种信号的穿透深度从图2-3和2-4中可以看出，俄歇电子的逸出深度最小，一般小于1nm，但是其产额非常低，所以在扫描电镜中不单独采集俄歇电子；二次电子的逸出深度小于10nm，拥有很好的空间分辨和较高的产额，所以二次电子是扫描电镜采集的最重要的信号之一；背散射电子的空间分辨率虽不及二次电子，但是由于其特殊的衬度机制且产额也较高，也是扫描电镜重点采集的信号；特征X射线产生的范围较大，一般为μm量级，主要由第三方能谱仪进行采集；阴极荧光信号分辨率进一步降低，不过由于其特点，在扫描电镜中也有相应的探测器进行采集；试样如果做的非常薄，电子束足以穿透样品形成透射电子，这主要是用透射电镜进行观察，不过在扫描电镜中也能采集透射信号；另外，原始电子束和样品作用，最终能量损失殆尽而被试样吸收，产生吸收电流