扫描电子显微镜的基础知识

什么是扫描电子显微镜？

扫描电子显微镜（SEM）是一种电子显微镜，可以通过用电子束照射样品并检测样品发射的次级电子来观察样品表面状况。

通过使用扫描电子显微镜，甚至可以观察到光学显微镜难以观察的微观结构。 因此，它被广泛应用于包括材料工程和生物化学在内的多个领域。

扫描电子显微镜的应用

扫描电子显微镜的放大倍数可提升至数十万倍，分辨率可提升至几纳米。 此外，它具有深焦深度，便于观察样品的不均匀性。

由于光学显微镜的放大倍率极限约为1000倍，分辨率极限约为150纳米，因此可以使用扫描电子显微镜观察到比光学显微镜更高的放大倍率和分辨率。

此外，与光学显微镜获得的图像不同，扫描电子显微镜生成的三维图像具有对比度，使垂直于电子束入射方向的平面变暗，接近平行方向时亮度变亮，因此观察起来直观。

利用这些特性，扫描电子显微镜用于观察各种材料的表面状况，如半导体材料和陶瓷材料，微生物如细菌和病毒，以及生物样品如细胞。 另一方面，透射电子显微镜通常用于观察样品内部结构。

扫描电子显微镜的原理

在扫描电子显微镜中，加速电子束聚焦于样品表面并进行照射，检测和分析当时产生的次级电子（SE）和背散射电子（BSE），通过扫描（扫描）整个观测范围，可以观察样品状态作为图像数据。

通过提高加速电压和增加被辐射电子的能量，分辨率可以提升到几纳米。 增加加速电压会提高分辨率，但过高可能导致样品深处反射电子产生充电（充电）问题，因此通常在几千伏~数十千伏的加速电压下使用。

次级电子是指当电子束撞击时，从样品表面附近喷射出来的电子。

电子的状态会根据样品的不均匀度变化，这在通过测量次级电子获得的图像数据中形成了对比，从而可以观察到表面的不规则性和粒子形状。

另一方面，反散射电子是指在电子束与原子相互作用时被电子束反射的电子。

不同原子对发射电子的反射率不同。 测量反散射电子可以增强每种原子类型的对比度，并观察样品中原子的分布。

扫描电子显微镜的结构。

扫描电子显微镜主要由发射电子束的电子枪、将电子束聚聚在样品表面的电子透镜，以及检测次级和反散射电子的探测器组成。

电子枪有三种类型：热离子发射枪、场发射枪和肖特基枪，每种电子枪j具有不同的特性。 电子透镜通常通过通过线圈传递电流来控制电子束，有多种类型，如透镜外透镜和透镜内透镜。

扫描电子显微镜内部保持在约10^-4 Pa的高真空状态，但近年来，它已被开发出即使在低真空（约10^2 Pa）和大气压下也能测量的设备，并且常用于生物领域，使用含大量水分的样品。

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