一文了解扫描电镜的基本工作原理

Answer 1

扫描电镜（SEM）作为材料表征的强有力工具，其应用范围越来越广泛，尤其在材料尺寸不断减小的背景下。SEM 的主要工作原理包括电子显微镜的基本概念、电子显微镜的类型、扫描电镜 SEM 的工作原理、电子路径控制、SEM 产生的电子类型、以及电子的探测。

SEM 是使用电子束成像的电子显微镜，与光学显微镜利用可见光成像不同。电子的波长远小于光波长，因此 SEM 的分辨率显著高于光学显微镜，通常超过 1000 倍。SEM 和透射电子显微镜（TEM）是两种主要类型的电子显微镜，TEM 通过探测穿过样品的电子来成像，而 SEM 则利用反射或撞击样品表面的电子产生图像。

SEM 的工作原理涉及电子的产生、加速、聚焦以及扫描样品。电子由腔室顶端的电子源（通常称为灯丝）产生，并被加速后由带正电的阳极吸引。整个电子腔需要处于真空环境中，以防止污染、震动和噪声，并保持高分辨率。电子路径通过电磁透镜控制，这些透镜由线圈和金属极片构成，通过调节电流大小控制磁场强度，从而控制电子束的路径。

SEM 产生的电子类型主要包括背散射电子 (BSE) 和二次电子 (SE)。BSE 来自样品的较深层区域，而 SE 则产生于样品的表面区域。BSE 对原子序数差异非常敏感，而 SE 可提供更丰富的表面信息。这些电子类型通过不同种类的探测器进行探测，BSE 通常由固态探测器收集，而 SE 则由 E-T 探测器进行探测，通过闪烁体加速电子并转换为光子，然后进入光电倍增管进行放大。

SEM 的精确控制涉及到电子路径的计算和控制，以确保高质量的图像。电子显微镜的性能持续改进，以满足新的应用需求。SEM 的未知能力有待进一步发掘，以满足未来的研究和应用需求。