必须了解扫描电镜的基本知识 发布日期：2021-09-06 15:23:51    文章来源：莱雷科技

在材料领域，扫描电镜技术发挥着极其重要的作用。扫描电镜广泛应用于各种材料的形态结构、界面条件、损伤机理和材料性能预测等方面的研究。可以直接研究晶体缺陷及其产生过程，观察金属材料中原子的聚集方式及其真实边界，观察不同条件下边界的运动方式，检查晶体表面加工引起的损伤和辐射损伤。

扫描电镜大致可以分为两部分：镜体和电源电路系统。镜体由电子光学系统、信号采集显示系统和真空抽气系统组成。

扫描电镜由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室组成。其功能是获得扫描电子束作为信号的激发源。为了获得高信号强度和图像分辨率，扫描电镜应具有高亮度和尽可能小的束斑直径。

检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后通过视频放大作为成像系统的调制信号。目前，扫描电镜应用广泛，它由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。

真空系统的功能是保证电子光学系统的正常工作，防止样品污染。一般要求保持10-4~10-5托的真空度。

电源系统由稳压、稳流及相应的安全保护电路组成。其功能是提供扫描电镜各部分所需的电源。

在加速电压的作用下，电子枪发射的电子束通过磁透镜系统会聚，形成直径为5nm的电子光学系统。电子束通过由两到三个电磁透镜组成的电子光学系统后，会聚成一束精细的电子束并聚焦在样品表面。扫描线圈安装在最终透镜的上侧，在其作用下扫描样品表面上的电子束。

由于高能电子束与样品材料之间的相互作用，产生了各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子。这些信号由相应的接收器接收、放大并发送到显像管的栅极以调制显像管的亮度。因为通过扫描线圈的电流与显像管的相应亮度一一对应，也就是说，当电子束击中样品上的某一点时，显像管的荧光屏上会出现一个亮点。

这样，扫描电镜采用逐点成像的方法，将样品表面的不同特征按顺序和比例转换成视频信号，形成一帧图像，以便在荧光屏上观察样品表面的各种特征图像。

被入射电子束轰击并离开样品表面的核外电子称为二次电子。这是真空中的自由电子。二次电子一般在表面5～10nm的深度范围内发射。它对样品的表面形态非常敏感。因此，它可以非常有效地显示样品的表面形貌。二次电子产率与原子序数之间没有明显的相关性，因此不能用于组分分析。

背散射电子是固体样品中原子核反弹回来的入射电子的一部分。背散射电子来自样品表面数百纳米的深度范围。由于其生产率随着样品原子序数的增加而增加，因此它不仅可用于形态分析，还可用于显示原子序数对比度和定性成分分析。

背散射电子的信号强度远低于二次电子的信号强度，因此粗糙表面的原子序数对比度常常被形态对比度所掩盖。

扫描电镜通常配有分光计或能量分光计。光谱仪和能谱仪不能相互替代，只能相互补充。

光谱仪使用布拉格方程2dsinθ=λ，样品激发的X射线经过适当的晶体分裂后将具有不同的衍射角。2θ谱仪是微组分分析的有力工具。光谱仪的波长分辨率很高，但由于X射线利用率低，其应用范围受到限制。

能谱仪是一种利用不同能量的X射线量子进行元素分析的方法。当元素的X射线量子从主量子数N1的层跃迁到主量子数N2的层时，存在一个比能ΔE=En1-En2。能谱仪分辨率高，分析速度快，但分辨率差，谱线经常重叠，低含量元素的分析精度很差。

能量谱仪与光谱仪相比的优缺点：

（1） 该能谱仪结构简单，没有机械传动部分，稳定性和重复性都很好。

（2） 能量分光计不需要聚焦，因此对样品表面没有特殊要求。

但是，能谱仪的分辨率低于能谱仪；能量谱仪的探头必须保持低温，因此必须不时用液氮冷却。