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掃描電子顯微鏡（SEM）是一種利用高能電子束掃描樣品表面，通過收集激發(fā)出的二次電子、背散射電子等信號來獲取樣品表面形貌和結構信息的電子光學儀器。以下是對其原理的詳細介紹：

• 基本工作原理

  
  
  • 電子束發(fā)射與加速：由電子槍發(fā)射的高能電子束，在加速電壓的作用下獲得動能，并經過電磁透鏡聚焦成極細的電子束。
  • 電子束與樣品相互作用：聚焦后的電子束在掃描線圈的驅動下，對樣品表面進行光柵式掃描。高能電子束與樣品相互作用，激發(fā)出二次電子、背散射電子等多種信息。
  • 信號收集與放大：激發(fā)出的信息被相應的探測器捕獲，如二次電子探測器和背散射電子探測器，然后通過光電倍增管將光信號轉換為電信號，并進行放大處理。
  • 圖像顯示與分析：放大后的信號被傳送至顯像管的柵極，調制顯像管的亮度，最終在熒光屏上呈現(xiàn)出與樣品表面相對應的顯微形貌圖像。
    

• 主要組成部分

  
  
  • 電子光學系統(tǒng)：包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈等，負責產生、聚焦和控制電子束。
  • 信號收集及處理系統(tǒng)：主要由各種探測器組成，用于收集樣品表面激發(fā)出的信號。
  • 圖像顯示和記錄系統(tǒng)：包括顯像管和熒光屏，用于顯示和記錄樣品表面的形貌和結構信息。
  • 真空系統(tǒng)：保持鏡筒內的高真空狀態(tài)，以減少電子束與空氣分子的碰撞，提高成像質量。
  • 電源及控制系統(tǒng)：為SEM提供穩(wěn)定的電源，并控制各部件的工作狀態(tài)。
    

• 技術特點

  
  
  • 高分辨率：SEM能夠觀察試樣表面6nm左右的細節(jié)。
  • 大景深：由于電子束與樣品的相互作用深度較淺，SEM具有較大的景深，能夠清晰地觀察到起伏較大的粗糙表面。
  • 多樣化信息：除了形貌信息外，SEM還能提供樣品的元素成分、晶體結構等信息。
  • 樣品制備簡單：只需將塊狀或粉末狀的樣品稍加處理或不處理，就可直接放到SEM中進行觀察。