扫描电镜成象原理及特点

 一、扫描电镜成象原理
  扫描电镜主要用二次电子观察形貌，成像原理如图所示。在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，经三个电磁透镜聚焦后，成直径为几个纳米的电子束。末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上做光栅状扫描。试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度取决于试样表面的形貌、受激区域的成分和晶体取向。设在试样附近的探测器把激发出的电子信号接受下来，经信号处理放大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮度。由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显象管上各点的亮度是由试样上各点激发出的电子信号强度来调制的，即由试样表面上任一点所收集来的信号强度与显象管屏上相应点亮度之间是一一对应的。因此，试样各点状态不同，显象管各点相应的亮度也必不同，由此得到的象一定是试样状态的反映。放置在试样斜上方的波谱仪和能谱仪是用来收集x射线，借以实现x射线微区成分分析的。值得强调的是，入射电子束在试样表面上是逐点扫描的，象是逐点记录的，因此试样各点所激发出来的各种信号都可选录出来，并可同时在相邻的几个显象管上显示出来，这给试样综合分析带来极大的方便。
  二、扫描电镜成象衬度特点
  二次电子的象衬度与试样表面的几何状态有关，二次电子的探测具有无影效应背散射电子特点背散射电子是指入射电子与试样相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出试样表面的高能电子，其能量接近于入射电子能量( e。)。背散射电子的产额随试样的原子序数增大而增加，iμz2/3-3/4。所以，背散射电子信号的强度与试样的化学组成有关，即与组成试样的各元素平均原子序数有关。分辨率不如二次电子象，有较强的阴影效应，图象有浮雕感。
  三、sem的主要特点
  1、放大倍率高
  可从几十倍放大到几十万倍，连续可调。观察样品极为方便。
  2、分辨率高
  分辨率是指能分辨的两点之间的zui小距离。sem是用电子束照射试样，目前用w灯丝的sem，分辨率已达到3nm-6nm, 场发射源sem分辨率可达到1nm 。
  仪器的分辨率指标不是日常工作能实现的。拍摄分辨率照片是用碳镀金的特殊试样，拍照时规定一些特殊条件，如放大倍率、电子束电流、加速电压等，有时要晚上没有任何振动和干扰情况下进行多次拍照，寻找的图像测量分辨率。
  3、景深大
  景深大的图像立体感强，对粗糙不平的断口试样观察需要大景深。一般情况下，sem景深比tem大10倍，比光学显微镜（om）大100倍。如10000倍时,tem 的δf＝1?m，sem的δf＝10?m； 100倍时，om的δf＝10?m，sem的δf=1000?m。
  4、保真度好
  试样通常不需要作任何处理即可以直接进行形貌观察，所以不会由于制样原因而产生假象。这对断口的失效分析及贵重试样的分析特别重要。
  5、试样制备简单
  试样可以是自然面、断口、块状、粉体、反光及透光光片，对不导电的试样只需蒸镀一层10nm左右的导电膜。
  另外，现在许多sem具有图像处理和图像分析功能。有的sem加入附件后，能进行加热、冷却、拉伸及弯曲等动态过程的观察。