一、掃描電鏡的工作原理

鑠思百檢測(cè)可提供掃描電鏡檢測(cè)服務(wù)，以下是掃描電鏡的工作原理，掃描電鏡的電子放大倍數(shù)可由十幾倍連續(xù)變化到幾十萬(wàn)倍。因此可以對(duì)樣品的整個(gè)表面進(jìn)行比較仔細(xì)的觀(guān)察。

掃描電鏡的根本原理是利用聚焦的很窄的高能電子束來(lái)掃描樣品, 通過(guò)光束與物質(zhì)間的相互作用, 來(lái)激發(fā)各種物理信息, 對(duì)這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對(duì)物質(zhì)微觀(guān)形貌表征和觀(guān)察。

掃描電鏡的工作原理與光學(xué)顯微鏡或透射電鏡不同，在光學(xué)顯微鏡和透射電鏡下，全部圖像一次顯出，是“靜態(tài)”的；而掃描電鏡則是把來(lái)自二次電子的圖像信號(hào)作為時(shí)像信號(hào)，將一點(diǎn)一點(diǎn)的畫(huà)面“動(dòng)態(tài)”地形成三維的圖像，是研究三維表層構(gòu)造的有利工具。

二、掃描成像過(guò)程

1、電子槍發(fā)射電子束

在高真空的鏡筒中，在加速電壓的作用下，由電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束（直徑50pm）經(jīng)過(guò)電磁透鏡系統(tǒng)加速會(huì)聚，形成直徑為5 nm的細(xì)電子束，聚焦在樣品表面上；

2、電子束在樣品上做光柵狀掃描

在第二聚光鏡和物鏡之間的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈的作用下，電子束在樣品上做光柵狀掃描，即在樣品表面逐點(diǎn)掃描轟擊。

（1）樣品信號(hào)電子與轟擊的電子束相互作用

入射電子束與樣品原子核或核外電子發(fā)生多種相互作用，而被散射，引起電子束的運(yùn)動(dòng)方向或能量（或兩者同時(shí)）發(fā)生變化，從而產(chǎn)生各種反映樣品特征的信號(hào)。這些信號(hào)包括二次電子、背反射電子、透射電子、吸收電子、俄歇電子、電子電動(dòng)勢(shì)、陰極銀光、X射線(xiàn)等，這些信號(hào)能夠表征固體表面或內(nèi)部的某些物理或化學(xué)性質(zhì)。他們是各類(lèi)電子束顯微分析的物理基礎(chǔ)。

圖1 電子束轟擊固體樣品時(shí)發(fā)生的各種信號(hào)和深度

電子與樣品的相互作用過(guò)程可分為彈性散射和非彈性散射過(guò)程兩類(lèi)。彈性散射與非彈性散射過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的，前者使束電子偏離原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向，后者使電子能量逐漸減少直至被樣品全部吸收，因此限制了電子束的擴(kuò)散范圍，電子束的能量完全沉積在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，同時(shí)產(chǎn)生大量可檢測(cè)的二次輻射，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為相互作用區(qū)。

相互作用區(qū)可以通過(guò)試驗(yàn)直接觀(guān)察或由Monte Calro計(jì)算得到。通常，電子束能量越強(qiáng)，電子入射深度越深，相互作用越大（圖2）。樣品的原子序數(shù)越大，電子束在每走過(guò)單位距離所經(jīng)受的彈性散射事件越多，其平均散射角度大，在樣品中的穿透深度越淺（圖3）。

圖2 不同加速電壓下，Monte Calro電子軌跡模擬圖

圖3 同樣加速電壓下，不用材料，Monte Calro電子軌跡模擬圖

（2）探測(cè)器與放大器處理樣品信號(hào)電子

信號(hào)電子經(jīng)探測(cè)器收集并轉(zhuǎn)換為光子，再通過(guò)電信號(hào)放大器加以放大處理，輸入由顯像管柵極控制的顯像管，放大器能夠調(diào)制熒光屏的亮度，電子束打到試樣上一點(diǎn)時(shí)，在熒光屏上就有一亮點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，其亮度與激發(fā)后的電子能量成正比。換言之，掃描電鏡是采用逐點(diǎn)成像的圖像分解法進(jìn)行的。光點(diǎn)成像的順序是從左上方開(kāi)始到右下方，直到最後一行右下方的像元掃描完畢就算完成一幀圖像，最終成像在顯示系統(tǒng)上。

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