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了解掃描電子顯微鏡的三大組成部分

閱讀:2212        發(fā)布時間:2022-5-16
掃描電子顯微鏡由三大部分組成:真空系統(tǒng),電子束系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)。  

1、真空系統(tǒng)  
真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個密封的柱形容器。  
真空泵用來在真空柱內產生真空。有機械泵、油擴散泵以及渦輪分子泵三大類,機械泵加油擴散泵的組合可以滿足配置鎢槍的SEM的真空要求,但對于裝置了場致發(fā)射槍或六硼化鑭槍的SEM,則需要機械泵加渦輪分子泵的組合。  
成象系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內置在真空柱中。真空柱底端為密封室,用于放置樣品。  
之所以要用真空,主要基于以下兩點原因:  
電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效,所以除了在使用SEM時需要用真空以外,平時還需要以純氮氣或惰性氣體充滿整個真空柱。為了增大電子的平均自由程,從而使得用于成象的電子更多。  

2、電子束系統(tǒng)  
電子束系統(tǒng)由電子槍和電磁透鏡兩部分組成,主要用于產生一束能量分布極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成象。  
1)電子槍  
電子槍用于產生電子,主要有兩大類,共三種。  
一類是利用場致發(fā)射效應產生電子,稱為場致發(fā)射電子槍。這種電子槍極其昂貴,在十萬美元以上,且需要小于10-10torr的*真空。但它具有至少1000小時以上的壽命,且不需要電磁透鏡系統(tǒng)。  
另一類則是利用熱發(fā)射效應產生電子,有鎢槍和六硼化鑭槍兩種。鎢槍壽命在30~100小時之間,價格便宜,但成象不如其他兩種明亮,常作為廉價或標準SEM配置。六硼化鑭槍壽命介于場致發(fā)射電子槍與鎢槍之間,為200~1000小時,價格約為鎢槍的十倍,圖像比鎢槍明亮5~10倍,需要略高于鎢槍的真空,一般在10-7torr以上;但比鎢槍容易產生過度飽和和熱激發(fā)問題。  
2)電磁透鏡  
熱發(fā)射電子需要電磁透鏡來成束,所以在用熱發(fā)射電子槍的SEM上,電磁透鏡必然是不可少的。通常會裝配兩組:  
匯聚透鏡:顧名思義,匯聚透鏡用匯聚電子束,裝配在真空柱中,位于電子槍之下。通常不止一個,并有一組匯聚光圈與之相配。但匯聚透鏡僅僅用于匯聚電子束,與成象會焦無關。  
物鏡:物鏡為真空柱中最下方的一個電磁透鏡,它負責將電子束的焦點匯聚到樣品表面。  

3、成像系統(tǒng)  
電子經過一系列電磁透鏡成束后,打到樣品上與樣品相互作用,會產生次級電子、背散射電子、歐革電子以及X射線等一系列信號。所以需要不同的探測器譬如次級電子探測器、X射線能譜分析儀等來區(qū)分這些信號以獲得所需要的信息。雖然X射線信號不能用于成象,但習慣上,仍然將X射線分析系統(tǒng)劃分到成象系統(tǒng)中。  
有些探測器造價昂貴,這時,可以使用次級電子探測器代替,但需要設定一個偏壓電場以篩除次級電子。
 

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