SEM掃描電子顯微鏡的構造和工作原理

掃描電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 掃描電鏡是介于透射電鏡和光學顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，掃描電鏡的優點是，①有較高的放大倍數，20-30萬倍之間連續可調；②有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細微結構；③試樣制備簡單。 目前的掃描電鏡都配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時進行顯微組織性貌的觀察和微區成分分析，因此它像透射電鏡一樣是當今十分有用的科學研究儀器。

掃描電子顯微鏡是由電子光學系統，信號收集處理、圖象顯示和記錄系統，真空系統三個基本部分組成。

其中電子光學系統包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室。掃描電子顯微鏡中的各個電磁透鏡不做成相透鏡用，而是起到將電子束逐級縮小的聚光作用。一般有三個聚光鏡，前兩個是強磁透鏡，可把電子束縮小；第三個透鏡是弱磁透鏡，具有較長的焦距以便使樣品和透鏡之間留有一定的空間，裝入各種信號接收器。掃描電子顯微鏡中射到樣品上的電子束直徑越小，就相當于成相單元的尺寸越小，相應的放大倍數就越高

掃描線圈的作用是使電子束偏轉，并在樣品表面做有規則的掃動。電子束在樣品上的掃描動作和顯相管上的掃描動作保持嚴格同步，因為它們是由同一個掃描發生器控制的。電子束在樣品表面有兩種掃描方式，進行形貌分析時都采用光柵掃描方式，當電子束進入上偏轉線圈時，方向發生轉折，隨后又有下偏轉線圈使它的方向發生第二次轉折。發生二次偏轉的電子束通過末級透鏡的光心射到樣品表面。在電子束偏轉的同時還帶用逐行掃描的動作，電子束在上下偏轉線圈的作用下，在樣品表面掃描出方形區域，相應地在樣品上也畫出一幀比例圖像。樣品上各點受到電子束轟擊時發出的信號可由信號探測器收集，并通過顯示系統在顯像管熒光屏上按強度描繪出來。如果電子束經上偏轉線圈轉折后未經下偏轉線圈改變方向，而直接由末級透鏡折射到入射點位置，這種掃描方式稱為角光柵掃描或搖擺掃描。入射束被上偏轉線圈轉折的角度越大，則電子束在入射點上搖擺的角度也越大。在進行電子束通道花樣分析時，采用這種方式。

樣品室內除放置樣品外，還安置信號探測器。樣品臺本身是個復雜而精密的組件，它能夾持一定尺寸的樣品，并能使樣品作平移、傾斜和旋轉等運動，以利于對樣品上每一特定位置的進行各種分析

二次電子、背散射電子、透射電子的信號都可采用閃爍計數器來進行檢測。信號電子進入閃爍體后即引起電離，當離子和自由電子復合后就產生可見光。可見光信號通過光導管送入光電倍增器，光信號放大，即又轉化成電流信號輸出，電流信號經視頻放大器放大后就成為調制信號。由于鏡筒中的電子束和顯像管中的電子束是同步掃描的，而熒光屏上每一點的亮度是根據樣品上被激發出來的信號強度來調制的，因此樣品上各點狀態各不相同，所接受的信號也不相同，于是就在顯像管上看到一幅反映樣品各點狀態的掃描電子顯微圖像。