探究扫描电镜

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1、探究扫描电镜%1.扫描电镜的发展背景电子显微镜技术是显微技术的一个重要分支，是一门现代化的显微技术。显微技术的核心是显示肉眼所不能直接看到的物质的手段问题，准确地说是显微仪器。光学显微仪器种类较多，如牛物显微镜、体视显微镜、倒置显微镜、偏光显微镜等等。借助这些仪器我们能直接看到各种细菌、动植物的细胞及英内部更细微的结构。光学显微镜的分辨率最高只能达到200nm,有效放大倍率为1000-2000倍。如果研究比200nm更小的结构,如物质的分子、原子等。光学显微镜便无能为力了。于是，科学家就发明了电了显微镜，简称电镜(electronmicroscopy,EM),它是利用电了束对样甜放大成

2、像的一种显微镜，包括扫描电镜(scanningelectronmicroscope,SEM)和透射电镜(transmissionelectronmicroscope/TEM)两大类型，英分辨率最高达到O.Olnm,放大倍率达80万・100万。借助这种电镜我们能直接看到物质的超微结构。二、扫描电镜的工作原理和结构1、工作原理扫描电镜的工作原理如下图所示。由电子枪发射岀来的电子朿在加速电压的作用下经过磁透镜系统会聚，形成直径为5nm的电子束，聚焦在样品表面，在第二聚光镜和物镜Z间的偏转线圈的作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，电子和样品相互作用，产牛信号电子。这些信号电子经探测器收集并转换

3、为光子，再通过电信号放人器加以放大处理，最终成像在显示系统上。扫描电镜的工作原理与光学显微镜或透射电镜不同：在光学显微镜和透射电镜下，全部图像一次显出，是“静态”的；而扫描电镜则是把来自而二次电子的图像信号作为时像信号，将一点一点的画血“动态”地形成三维的图像。2、主耍结构扫描电镜可分为五个主要组成部分：电子束会聚系统、样品室、真空系统、电子学系统和显示部分。（1）电子束会聚系统此系统由3部分组成，即电子枪、磁透镜、扫描线圈等电子枪采用发夹式热发射钩丝栅极电子枪，所用的加速电压一般0.5-30kVo磁透镜（聚光镜）电子射线在磁场的作用下会改变前进的方向。当电子射线通过空心的强力电磁圈时

4、，就像光线通过玻璃的透镜那样，会发生折射而聚焦。由于三极电子枪所射出來的电子束直径一般为30-50um左右，而最终要求电子束直径成为l-5nm的电子探针，因此需要两个或三个磁透镜组成,即双聚光镜和物镜（末透镜）。这三个透镜都有光栅，可挡掉一部分无用的电子，尤其是物镜光阑要尽量地小，以减少像差。同时，磁透镜有像散存在，故要安装消像散器。扫描线圈通常由两个偏转线圈组成。在扫描发生器的作用下，电子束在样品表面做光栅状扫描。（2）样品室样品室是固定样品以及电子束和样品相互作用产生各种信号电子的场所。样品用导电胶或双面胶固定在铜上，经过喷镀，装入样品座，把这个样品座放在和微动装置连在一起的样品架

5、上。样品微动装置能在X、Y轴做10-30mm的上下左右移动，能在T轴做00~900的倾斜，能在R轴做360度的水平选转还能在Z轴做6-48mm左右的升降。为了使电子探针系统和样品室的这些结构保持真空状态，避免外部磁场的影响和保持外观整齐，以上各部分被装入适当的外套之中，用密封圈（橡胶垫圈）组装在一起。（3）真空系统扫描电镜的镜体和样品室内部都需要保持1.33E-2-1.33E-4Pa的真空度,因此必须用机械泵和扩散泵进行抽真空。真空系统还有水压、停电和真空自动保护装置，置换样甜和灯丝时有气锁装置。（4）电子学系统电源系统扫描电镜的电源系统包括启动镜体的各种电源（高压、透镜系统、扫描线圈

6、、合轴线圈、消像散用的电源等），检测•放大系统电源，光电倍增管电源，真空系统和图像信号处理线路电源，观察用的显像管以及照相电源等。信号电子成像系统此系统把电子探针和样品相互作用产生的信号电子进行收集、放大、处理，最后在显像管上显示图像。扫描电镜可以接受从样品上发出的多种信号电子來成像，不同的信号电子要用不同的探测器。在高真空的工作状态下，以二次电子信号的图像质量最好。二次电子的探测器为二次电子探头，是扫描电镜最重要的部件之一。二次电子探头由栅极、聚焦环、闪烁晶体、光导管和光电倍增管等组成。(5)显示部分显像管把电子透镜像普通显像镜里的物镜和目镜那样组合起来，把物体放大到几万、几十万倍。

7、由于人眼看不见电子射线，必须在荧光屏上显示放大的图像，即将信号放大器获得的输出调制信号通过显像管转换成图像。照相机将显像管显示的图像、编号、放大倍率、标尺长度和加速电压拍摄到底片上。随着科学水平的不断发展，20世纪80年代开始就己研制用计算机代替照相机的功能，直接将图像及设置的参数打印出来或存储于软盘。三、扫描电镜的成像原理和成像过程1、成像原理在收集电场的作用下，从试样表面所发出的电子信息通过闪烁晶体后转换为光子，光子通过光导管进入光电倍增管