扫描电子显微镜SEM工作原理

透射电镜原理

　　目前，主流的透射电镜镜筒是电子枪室和由6～8 级成像透镜以及观察室等组成。阴极灯丝在灯丝加热电流作用下发射电子束，该电子束在阳极加速高压的加速下向下高速运动，经过*聚光镜和第二聚光镜的会聚作用使电子束聚焦在样品上，透过样品的电子束再经过物镜、*中间镜、第二中间镜和投影镜四级放大后在荧光屏上成像。电镜总的放大倍数是这四级放大透镜的放大倍数的乘积，因此透射电镜有着更高的放大范围（200×～1500000×）。

　　扫描电镜原理

　　扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到1956年开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。

　　一.扫描电镜的特点

　　和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：

　　（一） 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

　　（二） 样品制备过程简单，不用切成薄片。

　　（三） 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

　　（四） 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

　　（五） 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

　　（六） 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

　　（七） 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

　　二.扫描电镜的结构和工作原理

　　（一） 结构

　　1.镜筒

　　镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束（直径约几个nm），并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。

　　2.电子信号的收集与处理系统

　　在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇（Auger）电子等。在上述信号中，zui主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的zui有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，zui后被送到显像管的栅极。

　　3.电子信号的显示与记录系统

　　扫描电镜的图象显示在阴极射线管（显像管）上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的 管子;另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。

　　4.真空系统及电源系统

　　扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到 10-4～10-5托的真空度。电源系统供给各部件所需的特定的电源。

　　（二） 工作原理

　　从电子枪阴极发出的直径20μm～30μm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，zui后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。第二节扫描电镜生物样品制备技术大多数生物样品都含有水分，而且比较柔软，因此，在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。