SEM(Scanning Electron Microscope)是一种高分辨率的显微镜,它利用电子束扫描样品表面,产生各种信号,如二次电子、背散射电子、特征 X 射线等,并通过电子探测器检测这些信号,经过计算机处理后显示在荧光屏上,从而获得样品表面的形貌、成分、结构等信息。
SEM 主要包括以下几个方面:
样品制备:由于 SEM 工作在真空环境中,样品必须经过特殊处理,如固定、脱水、干燥、镀膜等,以确保其在真空中稳定且能产生良好的电子信号。不同的样品需要采取不同的制备方法。
电子光学系统:SEM 的电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈组成,用于产生、聚焦和扫描电子束。电子枪是电子源,通常采用钨丝或LaB6 晶体。电磁透镜用于聚焦电子束,扫描线圈负责驱动电子束按一定的扫描模式在样品表面扫描。
真空系统:SEM 工作在高真空中,以减少电子与气体分子的碰撞,提高电子的能量和定向性,同时也防止样品受到污染。真空系统包括真空泵、真空腔室等。
信号检测系统:SEM 利用各种探测器检测来自样品表面的信号,如二次电子探测器、背散射电子探测器、X 射线探测器等,并将这些信号转换为电信号,经过放大和处理后输入到显示设备中。
图像显示系统:SEM 利用计算机系统对收集到的电子信号进行数字化处理,并在显示设备(如荧光屏或显示器)上以灰度图像的形式显示出来。图像的分辨率和质量受到多个因素的影响,如电子束的焦点大小、扫描速度、信号采集方式等。
控制系统:SEM 需要一个集中的控制系统,用于控制电子光学系统、真空系统、信号检测系统以及图像显示系统的工作,确保各个子系统协调工作。控制系统通常采用计算机控制。
总的来说,SEM 是一种功能强大的显微镜,在材料科学、生物医学、半导体等领域广泛应用,能够提供样品表面微观形貌、成分、结构等各种信息,为科学研究和技术开发提供重要的分析手段。其工作原理和系统构成涉及电子光学、真空技术、计算机控制等多个学科,体现了现代科学仪器的综合性特点。