一、掃描電子顯微鏡的原理

掃(sao)(sao)描(miao)電(dian)(dian)鏡由電(dian)(dian)子(zi)槍發射出電(dian)(dian)子(zi)束(shu)(直徑(jing)約50um)，在(zai)(zai)加速電(dian)(dian)壓的作用(yong)下(xia)經(jing)(jing)過(guo)(guo)磁透鏡系(xi)統匯聚(ju)，形成直徑(jing)為5 nm的電(dian)(dian)子(zi)束(shu)，聚(ju)焦在(zai)(zai)樣(yang)(yang)品(pin)表面(mian)上，在(zai)(zai)第二聚(ju)光(guang)鏡和(he)物(wu)鏡之間偏轉線圈的作用(yong)下(xia)，電(dian)(dian)子(zi)束(shu)在(zai)(zai)樣(yang)(yang)品(pin)上做光(guang)柵狀掃(sao)(sao)描(miao)，電(dian)(dian)子(zi)和(he)樣(yang)(yang)品(pin)相(xiang)互作用(yong)產生(sheng)信號(hao)(hao)電(dian)(dian)子(zi)。這些信號(hao)(hao)電(dian)(dian)子(zi)經(jing)(jing)探(tan)測(ce)器收集(ji)并(bing)轉換為光(guang)子(zi)，再經(jing)(jing)過(guo)(guo)電(dian)(dian)信號(hao)(hao)放大器加以放大處(chu)理(li)，最終(zhong)成像在(zai)(zai)顯示系(xi)統上。

試(shi)(shi)樣(yang)可為塊狀或(huo)粉末顆粒(li)，成(cheng)像(xiang)信(xin)(xin)號(hao)可以(yi)是(shi)二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)、背散射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)吸收電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)。其中二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)最主要的(de)(de)(de)成(cheng)像(xiang)信(xin)(xin)號(hao)。由電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)槍發射(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(yi)其交叉斑(ban)作為電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)，經二(er)(er)級聚光鏡及物(wu)鏡的(de)(de)(de)縮小形成(cheng)具有一定(ding)能量、一定(ding)束(shu)流強度(du)和束(shu)斑(ban)直徑的(de)(de)(de)微細電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)，在(zai)掃描線圈驅(qu)動下，于試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)按一定(ding)時間、空間順(shun)序做柵網式掃描。聚焦電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)與試(shi)(shi)樣(yang)相(xiang)互作用，產生(sheng)二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發射(she)(she)(以(yi)及其他物(wu)理(li)信(xin)(xin)號(hao))，二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)發射(she)(she)量隨試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)形貌(mao)而變(bian)化。二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)(xin)號(hao)被探測器收集(ji)轉(zhuan)換成(cheng)電(dian)(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)，經視頻(pin)放大后輸入到(dao)顯像(xiang)管柵極，調制(zhi)與入射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束(shu)同步掃描的(de)(de)(de)顯像(xiang)管亮度(du)，可得到(dao)反應試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)形貌(mao)的(de)(de)(de)二(er)(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)像(xiang)。

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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

與普通光學顯微鏡(jing)不同(tong)，在SEM中(zhong)，是通過控制(zhi)掃描區(qu)域的大(da)小來控制(zhi)放(fang)大(da)率的。如果需要更(geng)(geng)高的放(fang)大(da)率，只需要掃描更(geng)(geng)小的一塊面積就可以(yi)(yi)了。放(fang)大(da)率由屏幕/照片面積除以(yi)(yi)掃描面積得到。所以(yi)(yi)，SEM中(zhong)，透鏡(jing)與放(fang)大(da)率無(wu)關。

2、場深

在SEM中，位于焦平(ping)面(mian)上下的一小層(ceng)(ceng)區(qu)域(yu)內的樣(yang)品(pin)(pin)點都可以(yi)得到良好(hao)的會焦而成象。這一小層(ceng)(ceng)的厚(hou)度稱為場深，通常為幾納(na)米(mi)厚(hou)，所(suo)以(yi)，SEM可以(yi)用(yong)于納(na)米(mi)級樣(yang)品(pin)(pin)的三維成像(xiang)。

3、作用體積

電子(zi)束不僅(jin)僅(jin)與樣品表層原(yuan)子(zi)發(fa)生作(zuo)用，它實際上(shang)與一定厚(hou)度范圍(wei)內的樣品原(yuan)子(zi)發(fa)生作(zuo)用，所以存在一個作(zuo)用“體積(ji)”。

作用體積的厚度因信號的不同而不同：

歐革電子(zi)：0.5～2納米。

次級(ji)電子(zi)：5λ，對(dui)于導(dao)體，λ=1納米(mi)(mi)；對(dui)于絕緣體，λ=10納米(mi)(mi)。

背(bei)散(san)射(she)電子：10倍于次(ci)級電子。

特征X射(she)線：微米級。

X射(she)線連續(xu)譜：略大于特(te)征X射(she)線，也在微米級。

4、工作距離

工作(zuo)距離指從物(wu)鏡到樣品最(zui)高(gao)點的垂(chui)直(zhi)距離。

如果(guo)增加(jia)工作距離，可以在其他條(tiao)件不變的情況下獲得更大(da)的場(chang)深(shen)。

如果減少工作距(ju)離，則可(ke)以在其他條件不變的(de)情況下獲得更高的(de)分辨率。

通常使用(yong)的工(gong)作(zuo)距離在5毫(hao)米到10毫(hao)米之間。

5、成象

次級(ji)電(dian)子和背散(san)射電(dian)子可以用于成象，但后者(zhe)(zhe)不如前者(zhe)(zhe)，所(suo)以通常(chang)使用次級(ji)電(dian)子。

6、表面分析

歐革電子(zi)、特征X射(she)(she)線(xian)、背散射(she)(she)電子(zi)的產生過程均與樣品(pin)(pin)原子(zi)性(xing)質有關，所(suo)以可以用(yong)于成分(fen)分(fen)析(xi)。但(dan)由于電子(zi)束只(zhi)能穿透樣品(pin)(pin)表面很淺(qian)的一層（參見作用(yong)體積），所(suo)以只(zhi)能用(yong)于表面分(fen)析(xi)。

表面分析(xi)(xi)以特征X射線分析(xi)(xi)最常(chang)用，所(suo)用到的探測(ce)器有兩種：能譜分析(xi)(xi)儀與波譜分析(xi)(xi)儀。前者速度快但(dan)精度不高，后者非常(chang)精確，可以檢測(ce)到“痕跡元素”的存在但(dan)耗(hao)時太長(chang)。