一、掃描電子顯微鏡的原理

掃描電(dian)(dian)鏡(jing)由電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)槍發(fa)射出電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(直(zhi)徑(jing)約(yue)50um)，在加速電(dian)(dian)壓的作用下經(jing)過(guo)磁透鏡(jing)系(xi)統匯(hui)聚，形成(cheng)直(zhi)徑(jing)為(wei)5 nm的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束，聚焦在樣品(pin)表面上，在第二聚光鏡(jing)和(he)物鏡(jing)之間偏轉線圈(quan)的作用下，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束在樣品(pin)上做光柵狀掃描，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)樣品(pin)相互作用產生信(xin)號電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。這些信(xin)號電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)經(jing)探測器(qi)收集并轉換為(wei)光子(zi)(zi)(zi)，再經(jing)過(guo)電(dian)(dian)信(xin)號放(fang)大(da)器(qi)加以放(fang)大(da)處(chu)理，最終(zhong)成(cheng)像在顯(xian)示(shi)系(xi)統上。

試(shi)樣可為塊狀或粉末顆粒(li)，成(cheng)像(xiang)(xiang)信(xin)號(hao)(hao)可以是二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、背散(san)射(she)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)或吸收電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。其(qi)中二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)是最主(zhu)要的成(cheng)像(xiang)(xiang)信(xin)號(hao)(hao)。由電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)槍發射(she)的能量(liang)為5～35keV的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)，以其(qi)交(jiao)叉斑作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)源，經二(er)(er)級(ji)聚光鏡(jing)及(ji)物鏡(jing)的縮小形(xing)(xing)成(cheng)具有一(yi)定(ding)(ding)能量(liang)、一(yi)定(ding)(ding)束(shu)流強度和束(shu)斑直徑的微細電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)，在掃(sao)描(miao)線圈驅動下，于試(shi)樣表(biao)面(mian)按一(yi)定(ding)(ding)時間、空間順(shun)序做柵(zha)網(wang)式掃(sao)描(miao)。聚焦電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)與試(shi)樣相(xiang)互作(zuo)用，產生二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)發射(she)(以及(ji)其(qi)他物理信(xin)號(hao)(hao))，二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)發射(she)量(liang)隨試(shi)樣表(biao)面(mian)形(xing)(xing)貌(mao)而(er)變化(hua)。二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)信(xin)號(hao)(hao)被探測器收集轉換成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)信(xin)號(hao)(hao)，經視頻放(fang)大后輸入到(dao)顯像(xiang)(xiang)管柵(zha)極，調(diao)制與入射(she)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束(shu)同步掃(sao)描(miao)的顯像(xiang)(xiang)管亮度，可得到(dao)反應試(shi)樣表(biao)面(mian)形(xing)(xing)貌(mao)的二(er)(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)像(xiang)(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(yu)普通光學顯微鏡(jing)不同，在SEM中，是通過控(kong)制掃(sao)描區域的(de)大(da)(da)小來控(kong)制放(fang)大(da)(da)率(lv)的(de)。如果(guo)需(xu)要(yao)更(geng)高的(de)放(fang)大(da)(da)率(lv)，只(zhi)需(xu)要(yao)掃(sao)描更(geng)小的(de)一塊面積就可以了。放(fang)大(da)(da)率(lv)由屏幕/照(zhao)片面積除以掃(sao)描面積得到(dao)。所以，SEM中，透鏡(jing)與(yu)放(fang)大(da)(da)率(lv)無(wu)關。

2、場深

在(zai)SEM中，位于焦(jiao)(jiao)平面上下的(de)(de)一小(xiao)層區域內的(de)(de)樣品點(dian)都可(ke)(ke)以(yi)(yi)得(de)到(dao)良好的(de)(de)會焦(jiao)(jiao)而(er)成象(xiang)。這一小(xiao)層的(de)(de)厚度稱為場深，通(tong)常為幾納米(mi)厚，所以(yi)(yi)，SEM可(ke)(ke)以(yi)(yi)用(yong)于納米(mi)級樣品的(de)(de)三維(wei)成像(xiang)。

3、作用體積

電子束不僅(jin)僅(jin)與(yu)樣品表層原子發生(sheng)作用(yong)，它實際上與(yu)一定厚(hou)度范圍內的樣品原子發生(sheng)作用(yong)，所(suo)以存在一個作用(yong)“體積”。

作用體積的厚度(du)因信(xin)號的不(bu)(bu)同(tong)而不(bu)(bu)同(tong)：

歐革電(dian)子：0.5～2納米。

次級電子(zi)：5λ，對于導體，λ=1納米；對于絕緣體，λ=10納米。

背散射電(dian)子：10倍于(yu)次(ci)級電(dian)子。

特征(zheng)X射線：微米級。

X射(she)線(xian)連續譜(pu)：略大(da)于特征X射(she)線(xian)，也在微(wei)米(mi)級。

4、工作距離

工作距(ju)離指(zhi)從物鏡到樣(yang)品最高點的垂直距(ju)離。

如果(guo)增(zeng)加工作距離，可以在其他條(tiao)件不變(bian)的情況下獲得更大的場深。

如果減少工作距離，則可以在(zai)其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率(lv)。

通常使用的工作距離在5毫米(mi)到10毫米(mi)之間。

5、成象

次級(ji)電子和背(bei)散(san)射電子可以用于成(cheng)象(xiang)，但后者不如前者，所以通常使(shi)用次級(ji)電子。

6、表面分析

歐(ou)革電子、特征X射線、背散(san)射電子的產生過程均與樣品原子性質有關，所(suo)以可(ke)以用(yong)于(yu)成分(fen)分(fen)析。但(dan)由于(yu)電子束只能穿透樣品表(biao)面很淺的一層（參見(jian)作用(yong)體積），所(suo)以只能用(yong)于(yu)表(biao)面分(fen)析。

表面分析(xi)(xi)(xi)以特征X射線分析(xi)(xi)(xi)最常(chang)用，所(suo)用到(dao)的探測(ce)器有兩種(zhong)：能(neng)譜分析(xi)(xi)(xi)儀(yi)(yi)與(yu)波譜分析(xi)(xi)(xi)儀(yi)(yi)。前者速度(du)快但精度(du)不高，后者非常(chang)精確，可以檢測(ce)到(dao)“痕跡元素”的存在但耗時太長。