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掃描電子顯微鏡的原理及應(yīng)用
閱讀：1283 發(fā)布時(shí)間：2022-10-24
掃描電子顯微鏡工作原理
?。?）掃描
電子槍產(chǎn)生的高能電子束入射到樣品的某個(gè)部位時(shí)，在相互作用區(qū)內(nèi)發(fā)生彈性散射和非彈性散射事件，從而產(chǎn)生背散射電子、二次電子、吸收電子、特征和連續(xù)譜X射線、俄歇電子、陰極熒光等各種有用的信號(hào)，利用合適的探測(cè)器檢測(cè)這些信號(hào)大小，就能夠確定樣品在該電子入射部位內(nèi)的某些性質(zhì)，例如微區(qū)形貌或成分等。
為了研究樣品上更多部位的特征，必須利用掃描系統(tǒng)移動(dòng)入射電子到樣品上的不同位置。
?。?）成像
掃描電鏡的成像是靠掃描作用實(shí)現(xiàn)的。掃描發(fā)生器同時(shí)控制高能電子束和熒光屏中的電子束“同步掃描”，當(dāng)電子束在樣品上進(jìn)行柵格掃描時(shí)，在熒光屏上也以相同的方式同步掃描，因此“樣品空間”上的一系列點(diǎn)就與“顯示空間”逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)。
換言之，樣品上電子束的各個(gè)位置與熒光屏上的各點(diǎn)確立了嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。樣品表面被電子束掃描，激發(fā)出各種物理信號(hào)，其強(qiáng)度與樣品的表面特征有關(guān)，這些信號(hào)通過探測(cè)器按順序、成比例地轉(zhuǎn)為視頻信號(hào)，經(jīng)過放大，用來調(diào)制熒光屏對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電子束強(qiáng)度，即光點(diǎn)的亮度，這就形成了掃描電鏡的圖像。而圖像上強(qiáng)度的變化反映出樣品的特性。
掃描電鏡成像雖然不同光鏡和透射電鏡那樣直接由物體發(fā)出的光線或電子束成像，這種成像過程如同利用信號(hào)探測(cè)器作為攝像機(jī)，對(duì)樣品表面逐點(diǎn)拍攝，把各點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換到熒光屏上成像。
熒光屏上的圖像實(shí)際上是由一系列灰度不同的亮點(diǎn)組成，這個(gè)亮點(diǎn)稱為像素(Pixle)。像素點(diǎn)數(shù)越多，則圖像的分辨率越高。
主要用途及適用范圍
掃描電鏡可應(yīng)用于陶瓷材料分析、金屬材料失效分析。在石油、地質(zhì)、礦物領(lǐng)域，電子、半導(dǎo)體領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域，化工、高分子材料領(lǐng)域，公安刑偵工作領(lǐng)域，以及農(nóng)、林業(yè)等方面都有廣泛應(yīng)用。
掃描電鏡可進(jìn)行顯微形貌分析，如果配備了其它分析儀器也可進(jìn)行成分的常規(guī)微區(qū)分析，包括元素定量、定性成分分析。進(jìn)行顯微形貌分析時(shí)，空間分辨率可達(dá)亞微米級(jí)；能夠進(jìn)行晶界的狀態(tài)測(cè)量，或者晶體/晶粒的相鑒定，以及晶體、晶粒取向測(cè)量等；進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)，能夠通過快速的多元素面掃描和線掃描進(jìn)行分布測(cè)量。
在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和科學(xué)研究中，掃描電鏡發(fā)展成為材料分析、監(jiān)控工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障大生產(chǎn)流程安全高效的必要手段；同時(shí)在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等有關(guān)人類的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用也日新月異；在現(xiàn)代高科技方面的發(fā)展（例如生物化學(xué)戰(zhàn)爭(zhēng)、現(xiàn)場(chǎng)毒物檢測(cè)、生命保障任務(wù)等）發(fā)揮了巨大的作用。