掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理

1、1掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理 電子光學(xué)系統(tǒng) 信號(hào)的收集和 圖像顯示系統(tǒng) 真空系統(tǒng) 掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理示意圖2電子光學(xué)系統(tǒng) 電子光學(xué)系統(tǒng)包括： 電子槍 電磁透鏡 掃描線(xiàn)圈 樣品室3電子槍 掃描電子顯微鏡中的電子槍與透射電子顯微鏡的電子槍相似，只是加速電壓比透射電子顯微鏡低。4電磁透鏡 掃描電子顯微鏡中各電磁透鏡都不作成像透鏡用，而是作聚光鏡用。它們的功能是把電子槍的束斑（虛光源）逐級(jí)聚焦縮小，使原來(lái)直徑約為50m的束斑縮小成一個(gè)只有數(shù)納米的細(xì)小斑點(diǎn)。 掃描電子顯微鏡一般都有三個(gè)聚光鏡。前兩個(gè)聚光鏡是強(qiáng)磁透鏡，用于縮小電子束光斑；第三個(gè)聚光鏡是弱磁透鏡（稱(chēng)為物鏡），具有較長(zhǎng)的焦距。目的是使樣品室

2、和透鏡之間留有一定的空間，以便裝入各種探測(cè)器。 掃描電子顯微鏡照射到樣品上的電子束直徑越小，相當(dāng)于成像單元的尺寸越小，相應(yīng)的分辨率就越高。 普通熱陰極電子槍的束徑可達(dá)到6nm左右。 5掃描線(xiàn)圈 掃描線(xiàn)圈的作用是使電子束偏 轉(zhuǎn)，并在樣品表面作有規(guī)則的 掃動(dòng)。圖示為電子束在樣品表 面進(jìn)行掃描的兩種方式。 進(jìn)行形貌分析時(shí)采用光柵掃描方式（a），當(dāng)電子束進(jìn)入上偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈時(shí)，方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后又由下偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈使它的方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折，發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)的電子束通過(guò)物鏡照射到樣品表面。 如果電子束方向經(jīng)上偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)折后未經(jīng)下偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈改變方向，而直接由物鏡折射到入射點(diǎn)位置，稱(chēng)為角光柵掃描（b）,在進(jìn)行電子通道花樣分析

3、時(shí)采用這種操作方式。6樣品室 樣品室內(nèi)除放置樣品外，還安置信號(hào)探測(cè)器。 樣品臺(tái)能使樣品作平移、傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)。 樣品室可帶有多種附件，如加熱、冷卻、拉伸等。7信號(hào)的收集和圖像顯示系統(tǒng) 二次電子、背散射電子和透射電子的信號(hào)都可采用閃爍計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。信號(hào)電子進(jìn)入閃爍體后即引起電離，當(dāng)離子和自由電子復(fù)合后產(chǎn)生可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光信號(hào)通過(guò)光導(dǎo)管送入光電倍增器，光信號(hào)放大，即又轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)輸出，電流信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大后就成為調(diào)制信號(hào)。 由于鏡筒中的電子束和顯像管中的電子束是同步掃描的，而熒光屏上每一點(diǎn)的亮度是根據(jù)樣品上被激發(fā)出來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)制的，因樣品上各點(diǎn)的狀態(tài)各不相同，所以接收到的信號(hào)也不相同

4、，于是就可以在顯像管上看到一幅反映試樣各點(diǎn)狀態(tài)的掃描電子顯微圖像。 8真空系統(tǒng) 為保證掃描電子顯微鏡電子光學(xué)系統(tǒng)的正常工作，對(duì)鏡筒內(nèi)的真空度有一定的要求。一般為10-4-10-5mmHg。9掃描電子顯微鏡的主要性能 分辨率 放大倍數(shù)10分辨率 掃描電子顯微鏡分辨率的高 低和檢測(cè)信號(hào)的種類(lèi)有關(guān)。 下面列出了掃描電子顯微鏡 主要信號(hào)的成像分辨率。 各種信號(hào)的成像分辨率 （nm)信號(hào)二次電子背散射電子 吸收電子特征X射線(xiàn)俄歇電子分辨率 5-10 50-200100-1000100-1000 5-1011分辨率的測(cè)定 掃描電子顯微鏡的分辨率是通過(guò)測(cè)定圖像中兩個(gè)顆粒（或區(qū)域）間的最小距離來(lái)確定的。 測(cè)定的方法是在已知放大倍數(shù)（一般在10萬(wàn)倍）的條件下，把在圖像上測(cè)到的最小間距除以放大倍數(shù)就是分辨率。 圖為真空蒸鍍金膜樣品測(cè)定分辨率的照片。 掃描電子顯微鏡二次電子像的分辨率已優(yōu)于5nm。 12點(diǎn)分辨率測(cè)定照片真空蒸鍍金膜表面金顆粒分布形態(tài)13放大倍數(shù) 當(dāng)入射電子束作光柵掃描時(shí)，若電子束在樣品表面掃描的幅度為AS，相應(yīng)地在熒光屏上陰極射線(xiàn)同步掃描的幅度是Ac， Ac和AS的比值就是掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)，即 M=Ac/AS。 由于掃描電子顯微鏡的熒光屏尺寸是固定不變的，電子束在樣品上掃描一個(gè)任意面積