扫描电镜的结构及用途

　　扫描电镜全称扫描电子显微镜，可对样品进行综合分析，已成为重要分析工具。扫描电镜可以分析纤维、纸张、钢铁质量，观察矿石结构、检测催化剂微观结构、观看癌细胞与正常细胞差异等。

扫描电镜的结构

　　一、电子光学系统：

　　扫描电镜电子光学系统由电子枪与透镜系统、电子探针扫描偏转系统组成。可以产生直径为几十埃的扫描电子束，即电子探针，使样品表面作光栅状扫描。

　　1、电子枪与透镜系统

　　电子枪组成：阴极、阳极、栅极。直径约为0.1mm钨丝制成，加热后发射的电子在栅极和阳极作用下，在阳极孔附近形成交叉点光斑，其直径约几十微米。

　　扫描电镜没有成像电镜，成像原理与透射电镜截然不同。所有透镜皆为缩小透镜，起缩小光斑的作用。缩小透几十镜将电子枪发射的直径约为30μm电子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一个末透镜完成三个透镜的总缩小率为2000～3000倍。

　　两个聚光镜分别是diyi聚光镜和第二聚光镜，可将在阳极孔附近形成的交叉点缩小。聚光镜可动光阑位于第二聚光镜和物镜之间，用于控制选区衍射时电子书的发散角。提高角分辨率。

　　被聚光镜缩小的光斑再由物镜进一步缩小，使光斑直径为几十埃。然后汇聚在样品上。

　　物镜有两个极靴，分别为上级靴和下级靴。上下级靴的形状不对称，极靴孔径也不同，以适应不同需要。为在物镜上级靴孔内装扫描线圈、消像散器，也为降低球差和色差，上级靴孔径稍大些。为避免透镜磁场对二次电子图像及磁性材料观察的影响，下级靴孔径稍小些。

　　物镜可动光栅用于调整电子探针孔径角，缩小电子束斑直径，以获得Zda探针电流。在观察二次电子图像时，调整物镜可动光栅可获得焦深大的电子显微图像。

　　2、电子探针扫描偏转系统

　　电子探针扫描偏转系统是扫描电镜特殊部件。采用上下两对偏转线圈，放在物镜上级靴孔中，其中上下各有一对线圈产生X方向扫描，成为行扫，另外上下各有一对线圈产生Y方向扫描，成为帧扫。因要求电子探针在样品上扫描，与电子束在显像管荧光屏上扫描同步，通常用一个扫描发生器驱动扫描线圈及显像管扫描偏转线圈。

　　二、电子讯号收集、处理和显示

　　扫描电镜束与样品作用后可产生多种讯号：①二次电子;②背散射电子;③X射线;④吸收电子;⑤俄歇电子;⑥阴极发光;⑦电子-空穴对;⑧透射电子。各种讯号由特定的检测系统收集检测，形成不同电子图像。二次电子探测器是扫描电镜的重要部件之一，二次电子收集系统由栅网、聚焦环、闪烁体组成。

　　栅网上加+250V电压，用来吸引二次电子。通过调整聚焦环位置可改变闪烁体前加速电场分布，使二次电子比较集中打到加有+12kV的高压的闪烁体上。

　　二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转换成光信号，经光导管传递到光电倍增管进行信号放大，将光电倍增管输出的电流信号接到视频放大器，再稍加放大后即可用来调制显像管亮度，从而获得图像。

　　扫描电镜图像显示在显像管上并由照相机记录。扫描电镜一般有两个显示通道，一个用于观察，一个用于照相记录。用于观察的显像管分辨率较低，边长10cm荧光屏上有500条线。用于照相记录的显像管分辨率较高，边长10cm荧光屏上有800～1000条。

　　三、样品室、真空及电气系统

　　扫描电镜样品室位于镜筒下方，装有冷阱附件，冷阱内冷却片端部位于样品与物镜极靴之间。工作时放入液氮以冷却冷却片，在样品周围造成低温环境，减少污物污染镜筒及样品。冷阱主要在X射线分析时使用。

　　扫描电镜真空系统与透射电镜基本相同。包括机械泵扩散泵、气动碟阀、真空管道和真空测量装置等。机械泵与油扩散泵串接，将镜筒抽成高真空状态，真空要求高于1.33×10^-4Pa。

　　电气系统有高压电源、透射电源、光电倍增管电源，扫描部件、微电流放大器和低电压电源等，要求具有高稳定度。

扫描电镜的作用

　　扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小(直径一般为1~5nm)的电子束(相应束流为10^-11~10^-12A)。在末级透镜上方扫描线圈的作用下，使电子束在试样表面做光栅扫描(行扫+帧扫)。

　　扫描电镜入射电子与试样相互作用会产生二次电子、背散射电子、X射线等各种信息。这些信息的二维强度分布随着试样表面的特征而变(这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等等)，将各种探测器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号，再传送到同步扫描的显像管并调制其亮度，就可以得到一个反应试样表面状况的扫描图像。如果将探测器接收到的信号进行数字化处理即转变成数字信号，就可以由计算机做进一步的处理和存储。

　　扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察，因而在设计上突出了景深效果，一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。