扫描电镜的原理及其在材料科学领域的应用

精品文档---下载后可任意编辑扫描电镜（Scanning Electron Microscope），简写为 SEM，是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。扫描电镜的基本工作过程如图 1，用电子束在样品表面扫描，同时，阴极射线管内的电子束与样品表面的电子束同步扫描，将电子束在样品上激发的各种信号用探测器接收，并用它来调制显像管中扫描电子束的强度，在阴极射线管的屏幕上就得到了相应衬度的扫描电子显微像。电子束在样品表面扫描，与样品发生各种不同的相互作用，产生不同信号，获得的相应的显微像的意义也不一样。入射电子与试样相互作用产生图 2 所示的信息种类[1-4]。这些信息的二维强度分布随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），是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假如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。图 1 扫描电子显微镜的工作原理 图 2 电子束探针照射试样产生的各种信息扫描电子显微镜（SEM）中的各种信号及其功能如表 1 所示表 1 扫描电镜中主要信号及其功能一、 扫描电镜的构成图 3 给出了电镜的电子光学部分的剖面图。主要包括以下几个部分：1. 电子枪——产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成2. 照明系统——聚集电子使之成为有一定强度的电子束。由两级聚光镜组合而成。3. 样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。4. 成像系统——像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。5. 观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。6. 照相室——记录像的地方。7. 除了上述的电子光学部格外，还有电气系统和真空系统。提供电镜的各种电压、电流及完成控制功能[3]。图 3 电镜的电子光学部分剖面图二、 样品的制备试样制备技术在电子显微术中占有重要的地位，它直接关系到电子显微图像的观察效果和对图像的正确解释。假如制备不出适合电镜特定观察条件的试样，即使仪器性能再好也不会得到好的观察效果。扫描电镜的有...