掃描電鏡的工作原理

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掃描電子顯微鏡（SEM）是一種利用電子束掃描樣品表面并獲得高分辨率圖像的儀器。其工作原理可以分為以下幾個主要步驟：
1. 電子束產生

• 電子槍：在真空環境中，電子槍通過加熱或場發射的方式發射出自由電子。常見的電子源包括鎢絲和場發射陰極。
  

2. 電子束聚焦

• 透鏡系統：發射出的電子經過電磁透鏡的聚焦形成細小的電子束。透鏡的調節可以控制電子束的直徑和強度。
  

3. 樣品掃描

• 掃描線圈：由掃描線圈控制電子束在樣品表面上快速橫向移動，按行掃描樣品。這種方式類似于電視圖像的刷新過程。
  

4. 與樣品相互作用

• 當電子束撞擊樣品表面時，發生多種相互作用：
  
  • 二次電子：從樣品表面逸出的低能電子，用于產生樣品的表面圖像。
  • 反射電子：高能電子反彈產生的信息，提供樣品的成分和結構信息。
  • 特征X射線：通過激發樣品中的原子發出特征X射線，提供樣品的元素組成信息。
    

5. 信號收集

• 探測器：收集產生的二次電子和其他信號。常用的探測器有二次電子探測器（SED）和反射電子探測器（BED）。
  

6. 圖像形成

• 圖像顯示：探測器將收集到的信號轉化為電信號，經過放大和處理后，形成圖像并在屏幕上顯示。圖像的灰度與信號的強度有關，可以反映樣品的表面形貌和結構。
  

7. 數據分析

• 圖像可以進一步處理和分析，以獲取關于樣品的更多信息，如尺寸、形狀、表面粗糙度等。
  

優點

• SEM具有高分辨率（可達到納米級）和較大的景深，適合觀察樣品的微觀結構。
  

應用

• SEM廣泛應用于材料科學、生命科學、半導體工業以及納米技術研究等領域。
  

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