掃描電子顯微鏡工作原理

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一、基本結(jié)構(gòu)

掃描電子顯微鏡主要由真空系統(tǒng)、電子光學系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三大部分組成。其中，電子光學系統(tǒng)包括電子槍、聚光鏡、物鏡以及掃描系統(tǒng)等關(guān)鍵部件。

二、工作原理

• 電子束的產(chǎn)生與聚焦：
  • 由電子槍發(fā)射出電子束，這些電子在加速電壓的作用下被加速，并經(jīng)過聚光鏡和物鏡的聚焦，形成一個非常細且能量集中的電子束。
    
• 電子束的掃描：
  • 聚焦后的電子束在樣品表面進行逐行掃描。這一過程是通過掃描線圈產(chǎn)生的磁場來控制電子束的偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。掃描線圈產(chǎn)生的磁場使得電子束在樣品表面以光柵狀掃描的方式逐點轟擊。
    
• 電子與樣品的相互作用：
  • 當高能電子束轟擊樣品表面時，會與樣品表面的物質(zhì)發(fā)生相互作用，激發(fā)出多種物理信號，如二次電子、背散射電子、特征X射線、連續(xù)譜X射線、俄歇電子、透射電子和吸收電流等。
    
• 信號的收集與轉(zhuǎn)換：
  • 這些被激發(fā)出的物理信號會被相應的接收器接收。其中，二次電子是最常用的信號之一，因為它們能夠有效地反映樣品表面的形貌特征。接收到的信號經(jīng)過放大后，被送到顯像管的柵極上，用于調(diào)制顯像管的電子束強度，即熒光屏上的亮度。
    
• 成像過程：
  • 由于掃描線圈產(chǎn)生的磁場與顯像管中的電子束掃描是同步的，因此樣品表面上的每一個點都會與熒光屏上的一個點一一對應。這樣，樣品表面的形貌特征就被轉(zhuǎn)換成了熒光屏上的圖像。通過逐點成像的方式，掃描電子顯微鏡能夠構(gòu)建出樣品表面的高分辨率圖像。
    
  
  

三、特點與應用

掃描電子顯微鏡具有高分辨率、大景深、大視野和成像立體效果好等特點。它廣泛應用于基礎科學研究、生產(chǎn)工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量鑒定等領(lǐng)域，如國防、航天、生命科學、醫(yī)學、生物學、地質(zhì)勘探、病蟲害的防治、災害鑒定、刑事偵察等。

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