電鏡學(xué)堂 | 掃描電子顯微鏡的基本原理（一）

第一節(jié)   掃描電鏡的工作方式

　　　圖2-1為掃描電鏡工作原理示意圖。由電子槍發(fā)出的電子束在加速電壓（通常200V～30kV）的作用下，經(jīng)過(guò)兩三個(gè)電磁透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束被聚成納米尺度的束斑聚焦到試樣表面。與顯示器掃描同步的電子光學(xué)鏡筒中的掃描線(xiàn)圈控制電子束，在試樣表面一定微小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行逐點(diǎn)逐行掃描。由于高能電子束與試樣相互作用，從試樣中發(fā)射出各種信號(hào)（如二次電子、背散射電子、X射線(xiàn)、俄歇電子、陰極熒光、吸收電子等）。

圖2-1 掃描電鏡的工作原理示意圖

　　這些信號(hào)被相應(yīng)的探測(cè)器接收，經(jīng)過(guò)放大器、調(diào)制解調(diào)器處理后，在顯示器相應(yīng)位置 顯示不同的亮度，形成符合我們?nèi)祟?lèi)觀(guān)察習(xí)慣的反映試樣二維形貌的圖像或者其他可以理解的反差機(jī)制圖像。

　　由于圖像顯示器的像素尺寸遠(yuǎn)大于電子束斑尺寸，（0.1 mm/1nm=100，000 倍 ）而且顯示器的像素尺寸小于等于人類(lèi)肉眼通常的分辨率，這樣顯示器上的圖像相當(dāng)于把試樣上相應(yīng)的微小區(qū)域進(jìn)行了放大。通過(guò)調(diào)節(jié)掃描線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以控制電子束在試樣表面掃描區(qū)域的大小，理論上掃描區(qū)域可以無(wú)限小，但可以顯示的圖像有效放大倍數(shù)的限度取決掃描電鏡分辨率的水平。早期模擬圖像輸出采用高分辨照相管，用單反相機(jī)直接逐點(diǎn)記錄在膠片上，然后沖洗相片。不過(guò)隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，如今掃描電鏡的成像完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化圖像。