必須了解掃描電鏡的基本知識(shí) 發(fā)布日期：2021-09-06 15:23:51 文章來源：萊雷科技
在材料領(lǐng)域，掃描電鏡技術(shù)發(fā)揮著極其重要的作用。掃描電鏡廣泛應(yīng)用于各種材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)、界面條件、損傷機(jī)理和材料性能預(yù)測等方面的研究。可以直接研究晶體缺陷及其產(chǎn)生過程，觀察金屬材料中原子的聚集方式及其真實(shí)邊界，觀察不同條件下邊界的運(yùn)動(dòng)方式，檢查晶體表面加工引起的損傷和輻射損傷。
掃描電鏡大致可以分為兩部分：鏡體和電源電路系統(tǒng)。鏡體由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)采集顯示系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)組成。
掃描電鏡由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室組成。其功能是獲得掃描電子束作為信號(hào)的激發(fā)源。為了獲得高信號(hào)強(qiáng)度和圖像分辨率，掃描電鏡應(yīng)具有高亮度和盡可能小的束斑直徑。
檢測樣品在入射電子作用下產(chǎn)生的物理信號(hào)，然后通過視頻放大作為成像系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)。目前，掃描電鏡應(yīng)用廣泛，它由閃爍體、光導(dǎo)管和光電倍增器組成。
真空系統(tǒng)的功能是保證電子光學(xué)系統(tǒng)的正常工作，防止樣品污染。一般要求保持10-4~10-5托的真空度。
電源系統(tǒng)由穩(wěn)壓、穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路組成。其功能是提供掃描電鏡各部分所需的電源。
在加速電壓的作用下，電子槍發(fā)射的電子束通過磁透鏡系統(tǒng)會(huì)聚，形成直徑為5nm的電子光學(xué)系統(tǒng)。電子束通過由兩到三個(gè)電磁透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)后，會(huì)聚成一束精細(xì)的電子束并聚焦在樣品表面。掃描線圈安裝在最終透鏡的上側(cè)，在其作用下掃描樣品表面上的電子束。
由于高能電子束與樣品材料之間的相互作用，產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子。這些信號(hào)由相應(yīng)的接收器接收、放大并發(fā)送到顯像管的柵極以調(diào)制顯像管的亮度。因?yàn)橥ㄟ^掃描線圈的電流與顯像管的相應(yīng)亮度一一對(duì)應(yīng)，也就是說，當(dāng)電子束擊中樣品上的某一點(diǎn)時(shí)，顯像管的熒光屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。
這樣，掃描電鏡采用逐點(diǎn)成像的方法，將樣品表面的不同特征按順序和比例轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，形成一幀圖像，以便在熒光屏上觀察樣品表面的各種特征圖像。
被入射電子束轟擊并離開樣品表面的核外電子稱為二次電子。這是真空中的自由電子。二次電子一般在表面5～10nm的深度范圍內(nèi)發(fā)射。它對(duì)樣品的表面形態(tài)非常敏感。因此，它可以非常有效地顯示樣品的表面形貌。二次電子產(chǎn)率與原子序數(shù)之間沒有明顯的相關(guān)性，因此不能用于組分分析。
背散射電子是固體樣品中原子核反彈回來的入射電子的一部分。背散射電子來自樣品表面數(shù)百納米的深度范圍。由于其生產(chǎn)率隨著樣品原子序數(shù)的增加而增加，因此它不僅可用于形態(tài)分析，還可用于顯示原子序數(shù)對(duì)比度和定性成分分析。
背散射電子的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于二次電子的信號(hào)強(qiáng)度，因此粗糙表面的原子序數(shù)對(duì)比度常常被形態(tài)對(duì)比度所掩蓋。
掃描電鏡通常配有分光計(jì)或能量分光計(jì)。光譜儀和能譜儀不能相互替代，只能相互補(bǔ)充。
光譜儀使用布拉格方程2dsinθ=λ，樣品激發(fā)的X射線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木w分裂后將具有不同的衍射角。2θ譜儀是微組分分析的有力工具。光譜儀的波長分辨率很高，但由于X射線利用率低，其應(yīng)用范圍受到限制。
能譜儀是一種利用不同能量的X射線量子進(jìn)行元素分析的方法。當(dāng)元素的X射線量子從主量子數(shù)N1的層躍遷到主量子數(shù)N2的層時(shí)，存在一個(gè)比能ΔE=En1-En2。能譜儀分辨率高，分析速度快，但分辨率差，譜線經(jīng)常重疊，低含量元素的分析精度很差。
能量譜儀與光譜儀相比的優(yōu)缺點(diǎn)：
（1） 該能譜儀結(jié)構(gòu)簡單，沒有機(jī)械傳動(dòng)部分，穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好。
（2） 能量分光計(jì)不需要聚焦，因此對(duì)樣品表面沒有特殊要求。
但是，能譜儀的分辨率低于能譜儀；能量譜儀的探頭必須保持低溫，因此必須不時(shí)用液氮冷卻。
