掃描電鏡的結(jié)構(gòu)及用途

掃描電鏡全稱掃描電子顯微鏡，可對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析，已成為重要分析工具。掃描電鏡可以分析纖維、紙張、鋼鐵質(zhì)量，觀察礦石結(jié)構(gòu)、檢測(cè)催化劑微觀結(jié)構(gòu)、觀看癌細(xì)胞與正常細(xì)胞差異等。

掃描電鏡的結(jié)構(gòu)

一、電子光學(xué)系統(tǒng)：

　　掃描電鏡電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍與透鏡系統(tǒng)、電子探針掃描偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成?？梢援a(chǎn)生直徑為幾十埃的掃描電子束，即電子探針，使樣品表面作光柵狀掃描。

1、電子槍與透鏡系統(tǒng)

　　電子槍組成：陰極、陽(yáng)極、柵極。直徑約為0.1mm鎢絲制成，加熱后發(fā)射的電子在柵極和陽(yáng)極作用下，在陽(yáng)極孔附近形成交叉點(diǎn)光斑，其直徑約幾十微米。

　　掃描電鏡沒(méi)有成像電鏡，成像原理與透射電鏡截然不同。所有透鏡皆為縮小透鏡，起縮小光斑的作用?？s小透幾十鏡將電子槍發(fā)射的直徑約為30μm電子束縮小成幾十埃，由兩個(gè)聚光鏡和一個(gè)末透鏡完成三個(gè)透鏡的總縮小率為2000～3000倍。

　　兩個(gè)聚光鏡分別是diyi聚光鏡和第二聚光鏡，可將在陽(yáng)極孔附近形成的交叉點(diǎn)縮小。聚光鏡可動(dòng)光闌位于第二聚光鏡和物鏡之間，用于控制選區(qū)衍射時(shí)電子書的發(fā)散角。提高角分辨率。

　　被聚光鏡縮小的光斑再由物鏡進(jìn)一步縮小，使光斑直徑為幾十埃。然后匯聚在樣品上。

　　物鏡有兩個(gè)極靴，分別為上級(jí)靴和下級(jí)靴。上下級(jí)靴的形狀不對(duì)稱，極靴孔徑也不同，以適應(yīng)不同需要。為在物鏡上級(jí)靴孔內(nèi)裝掃描線圈、消像散器，也為降低球差和色差，上級(jí)靴孔徑稍大些。為避免透鏡磁場(chǎng)對(duì)二次電子圖像及磁性材料觀察的影響，下級(jí)靴孔徑稍小些。

　　物鏡可動(dòng)光柵用于調(diào)整電子探針孔徑角，縮小電子束斑直徑，以獲得Zda探針電流。在觀察二次電子圖像時(shí)，調(diào)整物鏡可動(dòng)光柵可獲得焦深大的電子顯微圖像。

2、電子探針掃描偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

　　電子探針掃描偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是掃描電鏡特殊部件。采用上下兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈，放在物鏡上級(jí)靴孔中，其中上下各有一對(duì)線圈產(chǎn)生X方向掃描，成為行掃，另外上下各有一對(duì)線圈產(chǎn)生Y方向掃描，成為幀掃。因要求電子探針在樣品上掃描，與電子束在顯像管熒光屏上掃描同步，通常用一個(gè)掃描發(fā)生器驅(qū)動(dòng)掃描線圈及顯像管掃描偏轉(zhuǎn)線圈。

二、電子訊號(hào)收集、處理和顯示

　　掃描電鏡束與樣品作用后可產(chǎn)生多種訊號(hào)：①二次電子;②背散射電子;③X射線;④吸收電子;⑤俄歇電子;⑥陰極發(fā)光;⑦電子-空穴對(duì);⑧透射電子。各種訊號(hào)由特定的檢測(cè)系統(tǒng)收集檢測(cè)，形成不同電子圖像。二次電子探測(cè)器是掃描電鏡的重要部件之一，二次電子收集系統(tǒng)由柵網(wǎng)、聚焦環(huán)、閃爍體組成。

　　柵網(wǎng)上加+250V電壓，用來(lái)吸引二次電子。通過(guò)調(diào)整聚焦環(huán)位置可改變閃爍體前加速電場(chǎng)分布，使二次電子比較集中打到加有+12kV的高壓的閃爍體上。

　　二次電子大部分信號(hào)穿過(guò)柵網(wǎng)，打到閃爍體上，轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，經(jīng)光導(dǎo)管傳遞到光電倍增管進(jìn)行信號(hào)放大，將光電倍增管輸出的電流信號(hào)接到視頻放大器，再稍加放大后即可用來(lái)調(diào)制顯像管亮度，從而獲得圖像。

　　掃描電鏡圖像顯示在顯像管上并由照相機(jī)記錄。掃描電鏡一般有兩個(gè)顯示通道，一個(gè)用于觀察，一個(gè)用于照相記錄。用于觀察的顯像管分辨率較低，邊長(zhǎng)10cm熒光屏上有500條線。用于照相記錄的顯像管分辨率較高，邊長(zhǎng)10cm熒光屏上有800～1000條。

三、樣品室、真空及電氣系統(tǒng)

　　掃描電鏡樣品室位于鏡筒下方，裝有冷阱附件，冷阱內(nèi)冷卻片端部位于樣品與物鏡極靴之間。工作時(shí)放入液氮以冷卻冷卻片，在樣品周圍造成低溫環(huán)境，減少污物污染鏡筒及樣品。冷阱主要在X射線分析時(shí)使用。

　　掃描電鏡真空系統(tǒng)與透射電鏡基本相同。包括機(jī)械泵擴(kuò)散泵、氣動(dòng)碟閥、真空管道和真空測(cè)量裝置等。機(jī)械泵與油擴(kuò)散泵串接，將鏡筒抽成高真空狀態(tài)，真空要求高于1.33×10-4Pa。

　　電氣系統(tǒng)有高壓電源、透射電源、光電倍增管電源，掃描部件、微電流放大器和低電壓電源等，要求具有高穩(wěn)定度。

掃描電鏡的作用

　　掃描電鏡是在加速高壓作用下將電子槍發(fā)射的電子經(jīng)過(guò)多級(jí)電磁透鏡匯集成細(xì)小(直徑一般為1~5nm)的電子束(相應(yīng)束流為10-11~10-12A)。在末級(jí)透鏡上方掃描線圈的作用下，使電子束在試樣表面做光柵掃描(行掃+幀掃)。

　　掃描電鏡入射電子與試樣相互作用會(huì)產(chǎn)生二次電子、背散射電子、X射線等各種信息。這些信息的二維強(qiáng)度分布隨著試樣表面的特征而變(這些特征有表面形貌、成分、晶體取向、電磁特性等等)，將各種探測(cè)器收集到的信息按順序、成比率地轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，再傳送到同步掃描的顯像管并調(diào)制其亮度，就可以得到一個(gè)反應(yīng)試樣表面狀況的掃描圖像。如果將探測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理即轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，就可以由計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步的處理和存儲(chǔ)。

　　掃描電鏡主要是針對(duì)具有高低差較大、粗糙不平的厚塊試樣進(jìn)行觀察，因而在設(shè)計(jì)上突出了景深效果，一般用來(lái)分析斷口以及未經(jīng)人工處理的自然表面。

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