科学仪器扫描电镜SEM工作原理

透射电镜原理

目前，干流的透射电镜镜筒是电子枪室和由6～8 级成像透镜以及调查室等组成。阴极灯丝在灯丝加热电流效果下发射电子束，该电子束在阳极加快高压的加快下向下高速运动，通过*聚光镜和第二聚光镜的会聚效果使电子束聚集在样品上，透过样品的电子束再通过物镜、*中心镜、第二中心镜和投影镜四级扩大后在荧光屏上成像。电镜总的扩大倍数是这四级扩大透镜的扩大倍数的乘积，因此透射电镜有着更高的扩大规模（200×～1500000×）。

扫描电镜原理

扫描电子显微镜的设计思维和作业原理，早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。通过各国科学作业者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断开展，到1956年开端生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的开展。

一.扫描电镜的特色

和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特色：

（一） 能够直接调查样品外表的结构，样品的尺度可大至120mm×80mm×50mm。

（二） 样品制备进程简单，不用切成薄片。

（三） 样品能够在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，能够从各种角度对样品进行调查。

（四） 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

（五） 图象的扩大规模广，分辨率也比较高。可扩大十几倍到几十万倍，它基本上包含了从扩大镜、光学显微镜直到透射电镜的扩大规模。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

（六） 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

（七） 在调查描摹的一起，还可利用从样品宣布的其他信号作微区成分剖析。

二.扫描电镜的结构和作业原理

（一） 结构

1.镜筒

镜筒包含电子枪、聚光镜、物镜及扫描体系。其效果是发作很细的电子束（直径约几个nm），而且使该电子束在样品外表扫描，一起激宣布各种信号。

2.电子信号的收集与处理体系

在样品室中，扫描电子束与样品发作相互效果后发作多种信号，其间包含二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇（Auger）电子等。在上述信号中，zui首要的是二次电子，它是被入射电子所激宣布来的样品原子中的外层电子，发作于样品外表以下几nm至几十nm的区域，其发作率首要取决于样品的描摹和成分。一般所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研讨样品外表描摹的zui有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪耀体，当电子打到闪耀体上时，1就在其间发作光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置扩大及视频扩大，电流信号转变成电压信号，zui后被送到显像管的栅极。

3.电子信号的显现与记载体系

扫描电镜的图象显现在阴极射线管（显像管）上，并由照相机拍照记载。显像管有两个，一个用来调查，分辨率较低，是长余辉的 管子;另一个用来照相记载，分辨率较高，是短余辉的管子。

4.真空体系及电源体系

扫描电镜的真空体系由机械泵与油分散泵组成，其效果是使镜筒内达到 10-4～10-5托的真空度。电源体系供应各部件所需的特定的电源。

（二） 作业原理

从电子枪阴极宣布的直径20μm～30μm的电子束，遭到阴阳极之间加快电压的效果，射向镜筒，通过聚光镜及物镜的会聚效果，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的效果下，电子探针在样品外表作光栅状扫描而且激宣布多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，通过扩大、转换，变成电压信号，zui后被送到显像管的栅极上而且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，而且这种扫描运动与样品外表的电子束的扫描运动严厉同步，这样即取得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品外表的描摹特征。第二节扫描电镜生物样品制备技术大多数生物样品都含有水分，而且比较柔软，因此，在进行扫描电镜调查前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的首要要求是：尽可能使样品的外表结构保存好，没有变形和污染，样品干燥而且有杰出导电性能。

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