一、掃描電子顯微鏡的原理

掃描電(dian)鏡由電(dian)子槍(qiang)發射出電(dian)子束(shu)(直徑約50um)，在加(jia)(jia)速電(dian)壓的(de)(de)作(zuo)用(yong)下經過(guo)(guo)磁透鏡系統匯聚(ju)(ju)，形成直徑為5 nm的(de)(de)電(dian)子束(shu)，聚(ju)(ju)焦在樣品(pin)表(biao)面上，在第(di)二聚(ju)(ju)光鏡和(he)物鏡之(zhi)間偏轉線圈(quan)的(de)(de)作(zuo)用(yong)下，電(dian)子束(shu)在樣品(pin)上做光柵(zha)狀(zhuang)掃描，電(dian)子和(he)樣品(pin)相互作(zuo)用(yong)產生信號(hao)電(dian)子。這些信號(hao)電(dian)子經探(tan)測器收集(ji)并轉換為光子，再經過(guo)(guo)電(dian)信號(hao)放(fang)大器加(jia)(jia)以(yi)放(fang)大處理，最(zui)終成像(xiang)在顯示系統上。

試樣(yang)可(ke)為塊狀或(huo)粉末顆粒，成(cheng)(cheng)像信號可(ke)以是二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)、背散(san)射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)吸收電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)。其(qi)中二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)是最主要的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)像信號。由電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)槍發(fa)射(she)(she)的(de)(de)(de)能量為5～35keV的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)，以其(qi)交叉斑(ban)(ban)作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)源，經(jing)二級聚光鏡及物鏡的(de)(de)(de)縮小(xiao)形成(cheng)(cheng)具有一(yi)定能量、一(yi)定束(shu)流強度和束(shu)斑(ban)(ban)直徑的(de)(de)(de)微(wei)細電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)，在掃(sao)描線圈驅動下，于試樣(yang)表面(mian)按一(yi)定時(shi)間(jian)、空間(jian)順序做柵(zha)網式掃(sao)描。聚焦(jiao)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)與(yu)試樣(yang)相互作(zuo)用，產生二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)(以及其(qi)他物理(li)信號)，二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)量隨試樣(yang)表面(mian)形貌而(er)變化。二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)信號被探測器收集轉換(huan)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)信號，經(jing)視頻放大后輸(shu)入(ru)到(dao)顯像管柵(zha)極，調制(zhi)與(yu)入(ru)射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)同(tong)步掃(sao)描的(de)(de)(de)顯像管亮度，可(ke)得到(dao)反應試樣(yang)表面(mian)形貌的(de)(de)(de)二次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)像。

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二、掃描電子顯微鏡的主要性能參數及意義

1、放大率

與普通光學顯微(wei)鏡不(bu)同，在(zai)SEM中，是通過控(kong)制掃描區域的(de)大小來(lai)控(kong)制放(fang)(fang)大率(lv)的(de)。如果需要更高的(de)放(fang)(fang)大率(lv)，只需要掃描更小的(de)一(yi)塊面(mian)積就可(ke)以(yi)了。放(fang)(fang)大率(lv)由屏幕/照片面(mian)積除以(yi)掃描面(mian)積得到。所(suo)以(yi)，SEM中，透(tou)鏡與放(fang)(fang)大率(lv)無關。

2、場深

在SEM中(zhong)，位于(yu)(yu)焦(jiao)平面上(shang)下(xia)的(de)(de)一小(xiao)層區域(yu)內(nei)的(de)(de)樣品點都可(ke)以得(de)到良(liang)好的(de)(de)會焦(jiao)而成象。這一小(xiao)層的(de)(de)厚(hou)度稱(cheng)為場深，通常為幾(ji)納(na)米厚(hou)，所以，SEM可(ke)以用于(yu)(yu)納(na)米級樣品的(de)(de)三維成像(xiang)。

3、作用體積

電子(zi)(zi)(zi)束不僅(jin)僅(jin)與樣品表(biao)層原子(zi)(zi)(zi)發生作用，它實際上與一定厚(hou)度范圍內的樣品原子(zi)(zi)(zi)發生作用，所以存在一個作用“體積”。

作用體積(ji)的(de)厚度因信號的(de)不(bu)同(tong)而不(bu)同(tong)：

歐革電子(zi)：0.5～2納米。

次(ci)級電(dian)子：5λ，對于(yu)導體，λ=1納米；對于(yu)絕緣體，λ=10納米。

背散射電子：10倍(bei)于次級電子。

特征X射線：微(wei)米級。

X射(she)線連續譜(pu)：略大于特征(zheng)X射(she)線，也在微米級(ji)。

4、工作距離

工(gong)作距離指從(cong)物鏡(jing)到樣品最高點的(de)垂直距離。

如(ru)果增加工作距離，可以在其(qi)他條件不變的情況下獲得更大的場深。

如果減(jian)少(shao)工作距離，則可(ke)以在其(qi)他條件不(bu)變的情況下(xia)獲得更(geng)高(gao)的分(fen)辨率。

通(tong)常(chang)使用的工作距離在5毫米(mi)到10毫米(mi)之間。

5、成象

次(ci)級(ji)(ji)電子(zi)和背散射(she)電子(zi)可以(yi)用(yong)于成象(xiang)，但后者(zhe)不如前者(zhe)，所以(yi)通常使用(yong)次(ci)級(ji)(ji)電子(zi)。

6、表面分析

歐革電子(zi)(zi)、特征X射線(xian)、背散射電子(zi)(zi)的產生過(guo)程均與樣(yang)品原子(zi)(zi)性(xing)質有(you)關，所以(yi)可以(yi)用(yong)于(yu)成分分析。但(dan)由于(yu)電子(zi)(zi)束(shu)只能穿透樣(yang)品表面很淺的一層（參見作(zuo)用(yong)體積），所以(yi)只能用(yong)于(yu)表面分析。

表(biao)面分(fen)析以特征X射線分(fen)析最常用(yong)，所用(yong)到的探測(ce)器(qi)有兩(liang)種：能(neng)譜分(fen)析儀與波譜分(fen)析儀。前者速度快(kuai)但精度不高，后(hou)者非常精確，可(ke)以檢測(ce)到“痕跡元素”的存在但耗(hao)時(shi)太長(chang)。