扫描电子显微镜简介

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1、扫描电子显微镜仪器构造：(1)电子枪。电子枪有热电子发射型和场发射型两种。其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。但这种电子枪要求很高的真空度。为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。(2)电磁透镜。其作用主要是把电子枪的

2、束斑逐渐缩小，是原来直径约为50mm的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。其工作原理与透射电镜中的电磁透镜相同。扫描电镜一般有三个聚光镜，前两个透镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。第三个聚光镜是弱透镜，具有较长的焦距，在该透镜下方放置样品可避免磁场对二次电子轨迹的干扰。(3)扫描系统。它是扫描电镜成象的一个重要组成部分，它的功能是使聚焦后的电子束在样品表面做光栅扫描。(4)样品室。样品室中主要部件是样品台。它出能进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达40毫米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度。样品室中还要安置各种型号检测器。信号的收集效率和相应检测器的

3、安放位置有很大关系。样品台还可以带有多种附件，例如样品在样品台上加热，冷却或拉伸，可进行动态观察。近年来，为适应断口实物等大零件的需要，还开发了可放置尺寸在Φ125mm以上的大样品台。(5)检测器。其作用是检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系统的调制信号。不同的物理信号需要不同类型的检测系统，大致可分为三类：电子检测器，应急荧光检测器和X射线检测器。在扫描电子显微镜中最普遍使用的是电子检测器，它由闪烁体，光导管和光电倍增器所组成（见下图）。当信号电子进入闪烁体时将引起电离；当离子与自由电子复合时产生可见光。光子沿着没有吸收的光导管传送到光电倍增器进行放

4、大并转变成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。这种检测系统的特点是在很宽的信号范围内具有正比与原始信号的输出，具有很宽的频带（10Hz-1MHz）和高的增益(105-106),而且噪音很小。由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束是同步扫描，荧光屏上的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，而由检测器接收的信号强度随样品表面状况不同而变化，那么由信号监测系统输出的反营养品表面状态的调制信号在图像显示和记录系统中就转换成一幅与样品表面特征一致的放大的扫描像。(6)真空系统。为了使外部粒子对电子束的干扰尽可能的最小，要求镜筒内的真空度尽可能的高，如果镜筒内真空压

5、力大于10-2乇就会导致高压放电，样品污染。JXA-840使用一个油旋转泵和两个串联的油扩散泵。其镜筒内真空度为10-4乇。(7)显示与记录系统。从检测系统输入的信号，同时显示在观察用的大CRT上和照相记录用的小CRT上。显示系统为了目视观察方便，使用的是12英寸，长余辉，高分辨的大荧光屏，照相记录系统使用的是5英寸，短余辉，超高分辨的小荧光屏。在荧光屏的上面装有一台MAMIYA相机。使用120胶卷记录。(8)电源电路系统。JXA-840的电路系统由高压电路、透镜电源、扫描电源、二次电子加速电源和光电倍增管电源等组成。(9)波谱仪。波谱仪是利用样品产生的特征X射线的波长和强度进行

6、成分分析的仪器。JXA-840扫描电镜所配的波谱附件是733型波谱仪。(10)能谱仪。能谱仪是利用样品产生的特征X射线的能量和强度进行成分分析的仪器。JXA-840扫描电镜所配的能谱附件是EDAXPV9100型能谱仪。扫描电镜的基本原理与特点：由电子枪发射出来的电子束，经过两级汇聚镜和一级物镜聚焦后，直径可缩小到4nm，当电子束在样品表面扫描时，与样品发生作用，激发出各种信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、俄歇电子、特征X射线等，在较大的样品室内装有各种探测器，以检测各种信号，例如，二次电子探测器用以检测二次电子，背散射电子探测器用以检测背散射电子，X射线探测器用以检测特征X

7、射线等等。使反映样品形貌、成分及其他物化性能的各种信号都能得到检测，然后经放大和信号处理，并以此信号来调制同步扫描的显象管亮度，在显象管的荧光屏上就可得到各种信息的样品图象。同时，利用特征X射线，还能得到样品的成分。（1）分辨率高。采用三极式电子枪的普通扫描电镜分辨率为5～10nm，采用场发射电子枪可达1nm。分辨率是扫描电镜的主要性能指标。对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。分辨率大小由入射电子束直径和调制信号类型共同决定。电