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扫描电镜的结构与成像原理

发布时间:2018-04-13 22:26:58   来源:   标签:扫描电镜的结构与成像原理
内容提要: 扫描电镜的结构与成像原理在Oatley等学者的努力下,于1965年研制成功了世界上第一台实用扫描电镜(scanningelectronmicroscope,SEM)商品。其功能是用来观察标本的表面形态结构。它将标本表面上发射出的次级电子,由带样电荷的栅极收集后,即向电子显象管发送信号,在荧..

 

 

扫描电镜的结构与成像原理

Oatley等学者的努力下,于1965年研制成功了世界上第一台实用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)商品。其功能是用来观察标本的表面形态结构。它将标本表面上发射出的次级电子,由带样电荷的栅极收集后即向电子显象管发送信号,在荧光屏上显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象,反映了标本表面的真实结构。为了使标本表面发射出次级电子,标本要进行特殊处理。标本在固定、脱水后,要喷涂上一层重金属微粒重金属在电子束的轰击下会发出次级电子信号可用于电子成像。

1. 扫描电镜的基本结构

扫描电镜在结构上主要是由电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室、信号的收集、处理及显示系统,以及真空系统和供电保护系统等部分组成。其中电子枪、电磁透镜、扫描线圈又被称为电子光学系统。

其电子枪所发射电子的波长一般为1~10nm,使用的电压范围为1~10KV。扫描线圈为扫描电镜所特有的结构,可作光栅状扫描,以便在荧光屏上显示出扫描图像。扫描电镜的样品室较大,样品有专用的样品托,可在样品室内进行各不同方向的平移和倾转;另外,在样品室内还装配有检测部件。信号的收集、处理及显示系统包括次级电子探测器、光电倍增管和显象管。次级电子探测器又由闪烁体和光导管构成,主要作用是收集由标本表面发射出的次级电子,并将其转变成光子;光电倍增管可将光子信号放大后,又将其转换成电压信号;而显象管便便可将所接受到的电压信号转变成为亮度不同的图像。

2. 扫描电镜的成像原理

电子枪发射出的电子束,经电磁透镜会聚成极细的电子束,并进而聚焦在待测样品表面;由于样品各不同部位的表面形貌不同,入射电子束与样品表面所喷涂的重金属原子相互作用后所产生的次级电子信号也不同此次级电子信号为探测器接受后被转变成光子,传递给光电倍增管进行放大和转换;转换成的电压信号经扫描线圈扫描后显示在显象管的荧光屏上。

由于扫描线圈在样品上作扫描光栅状的逐点扫描,再加上显象管的偏转线圈电流与扫描线圈电流高度同步,因此,显象管荧光屏上的任何一点的亮度与样品表面上相应点所发出的次级电子数均是一一对应的,因此,显示在荧光屏上的图像就是样品表面形貌的真实写照。

综上所述,扫描电镜在结构和工作原理上均不同于透射电镜。如(1)扫描电镜所用样品的制备方法简便不需经过超薄切片,经固定、干燥和喷金后即可;(2)扫描电镜采用的是次级电子成像; (3)扫描电镜所观察到图像景深长图像富有立体感但只能反映出样品的表面形貌; (4)图像的放大倍率在很大范围内是连续可变的(101~105×);(5)样品的辐射损伤及污染程度小等。但与透射电镜相比,扫描电镜又存在有其不可逾越的局限性,如(1)分辨率还不够高; (2)无法显示样品内部的详细结构等。为此,近年来出现了一种新的电镜技术-冰冻蚀刻技术(freeze etching),利用“复膜(replica)”在透射电镜下进行观察既可观察到样品的内部结构又可观察到富有立体感的图像还提高了分辨率。

 

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