掃描電子顯微鏡（SEM）入門知識

掃描電子顯微鏡（SEM）

　　掃描電子顯微鏡，簡稱為掃描電鏡，英文縮寫SEM（Scanning Electron Microscope）。它是用細(xì)聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等對樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析。SEM已廣泛應(yīng)用于材料、冶金、礦物、生物學(xué)領(lǐng)域。

　　通常人眼能夠分辨的最小距離為0.2MM，為了觀察分析更微小的細(xì)節(jié)，人們發(fā)明了各種觀察儀器。

　　首先出現(xiàn)的是光學(xué)顯微鏡，它利用可見光作為照明束照射樣品，再將照明束與樣品的作用結(jié)果由成像放大系統(tǒng)處理，構(gòu)成適合人眼觀察的放大像。一般而言光學(xué)顯微鏡能分辨的最小距離約為200um，是人眼的一千倍。

　　為突破光學(xué)顯微鏡的分辨極限，人們想到用電子束做照明束，并與上個世紀(jì)三十年代制造出了第一臺掃描電子顯微鏡。它的分辨率已經(jīng)達(dá)到了原子水平（≈0.1um），比光學(xué)顯微鏡提高了近兩千倍。

掃描電子顯微鏡工作原理——光柵掃描，逐點(diǎn)成像

　　·電子槍發(fā)射電子束，電壓加速、磁透鏡系統(tǒng)匯聚，形成直徑約5nm的電子束。

　　·電子束在偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，在樣品上做光柵狀掃描，激發(fā)多種電子信號。

　　·探測器收集電子信號，經(jīng)過電信號放大器加以放大處理，在顯示系統(tǒng)上成像。

　　·二次電子的圖像信號動態(tài)地形成三維圖像。

掃描電子顯微鏡組成部分

電子光學(xué)系統(tǒng)

　　組成：電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件。

　　作用：獲得掃描電子束、作為產(chǎn)生物理信號的激發(fā)源。

信號收集和顯示系統(tǒng)

　　信號收集：二次電子和背散射電子收集器、吸收電子顯示器、X射線檢測器（波譜儀和能譜儀）

　　顯示系統(tǒng)：顯示屏有兩個，一個用于觀察，一個用于記錄照相。

真空系統(tǒng)

　　組成：機(jī)械泵、擴(kuò)散泵

　　作用：保證電子光學(xué)系統(tǒng)正常工作，提供高真空度，防止樣品污染，保持燈絲壽命，防止極間放電。

電源系統(tǒng)

　　包括啟動的各種電源，檢測-放大系統(tǒng)電源，光電倍增管電源，真空系統(tǒng)和成像系統(tǒng)電源燈。還有穩(wěn)壓、穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路。

掃描電子顯微鏡（SEM）的應(yīng)用

掃描電鏡觀察納米材料

　　所謂納米材料就是指組成材料的顆?；蛭⒕С叽缭?.1-100nm范圍內(nèi)，掃描電鏡的一個重要特點(diǎn)就是具有很高的分辨率?，F(xiàn)已廣泛用于觀察納米材料。

　　掃描電鏡觀察材料斷口

　　掃描電鏡所顯示的斷口形貌從深層次，高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質(zhì)，在教學(xué)、科研和生產(chǎn)中，有不可替代的作用，在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析已經(jīng)工藝合理性的判定等方面是一個強(qiáng)有力的手段。

掃描電鏡觀察大試樣的原始表面

　　掃描電鏡能夠直接觀察直徑100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面也能觀察，這便免除了制備樣品的麻煩，而且能真實(shí)觀察試樣本身物質(zhì)成分不同的襯度(背反射電子象)。

　　掃描電鏡觀察厚試樣

　　掃描電鏡在觀察厚試樣時，能得到高的分辨率和最真實(shí)的形貌。

　　掃描電鏡觀察試樣區(qū)域細(xì)節(jié)

　　試樣在三度空間內(nèi)有6個自由度運(yùn)動(即三度空間平移、三度空間旋轉(zhuǎn))。且可動范圍大，這對觀察不規(guī)則形狀試樣的各個區(qū)域帶來極大的方便。

　　掃描電鏡連續(xù)觀察

　　掃描電鏡進(jìn)行從高倍到低倍的連續(xù)觀察，放大倍數(shù)的可變范圍很寬，且不用經(jīng)常對焦。

　　掃描電鏡觀察生物試樣

　　由于電子照射面發(fā)生試樣的損傷和污染程度很小，這一點(diǎn)對觀察一些生物試樣特別重要。

　　掃描電鏡進(jìn)行動態(tài)觀察

　　在樣品室內(nèi)裝有加熱、冷卻、彎曲、拉伸和離子刻蝕等附件，則可以通過電視裝置，觀察相變、斷烈等動態(tài)的變化過程。

　　掃描電鏡觀察試樣表面形貌

　　掃描電鏡除了觀察表面形貌外還能進(jìn)行成分和元素的分析，以及通過電子通道花樣進(jìn)行結(jié)晶學(xué)分析，選區(qū)尺寸可以從10μm到3μm。

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