扫描电子显微镜 (扫描电子显微镜的工作原理是什么)

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• 化学剖析技术SEM 中英文全称
• sem指的是什么呢?

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜，简称扫描电镜，英文名为Scanning Electron Microscope，缩写为SEM，是应用高能量的电子束在固体样品外表扫描，激收回二次电子、背散射电子、X射线等物理信号，从而取得样品外表图像及测定元素成分的一种电子光学仪器。

扫描电镜，按其配置划分，由电子光学系统、信号检测和加大系统、扫描系统、图像显示和记载系统、真空系统以及电源系统等六个局部组成（图5-1）。

由电子枪收回，经电磁透镜集聚的电子束，由扫描线圈控制在固体样品外表作光栅式扫描，入射至样品中数微米深的范围内。

这些高能电子与样品边疆子相互作用后，使样品内发生二次电子、背散射电子、X射线等物理信号。

在入射电子的作用下从固体样品中射出的，能量小于50e V的电子都称为二次电子（Secondary Electron，常以缩写SE表示）。

大局部二次电子的能量在3～5e V之间。

背散射电子（Backscattered Electron，常以缩写BE表示）是被固体样品原子反射回来的入射电子，所以有时又称为反射电子（reflected electron，请勿称作背反射电子），其能量与入射电子的能量相等或凑近相等。

图5-1 扫描电子显微镜的结构（未显示电源系统）

扫描电镜中的成像与闭路电视的成像相似。

样品中发生的二次电子、背散射电子等物理信号可区分由检测器逐点逐行采集，并按顺序和成比例地将物理信号启动解决后保送到阴极射线管的栅极调制其亮度，显示出样品的图像。

扫描电镜镜筒中的电子束在样品外表的扫描与阴极射线管中电子束在成像平面上的扫描是同步的。

因此，阴极射线管上的图像与样品实物是逐点逐行逐一对应的。

由于样品外表各部位的形貌、成分和结构等的差异，被激起的二次电子、背散射电子数量有所不同，从而在阴极射线管上构成反映样品外表特色的明暗不同的图像。

因此，扫描电镜的图像是一种衬度图像，并不是黑白图像。

早期的扫描电镜图像是模拟图像，由照相底片记载。

近年来图像均已数字化，可由计算机贮存和显示。

由于二次电子能量较低，在距离外表10nm以上的样品外部发生的二次电子简直全被临近的原子排汇而不可逸出样品被检测器检测到。

因此，二次电子像所反映的消息齐全是样品外表的特色，是扫描电镜中经常使用最多的图像（图5-2）。

扫描电镜图像的特点是：① 加大倍数范围大，其有效加大倍数可从数十倍至十万倍，基本上概括了加大镜、光学显微镜至透射电镜的加大倍数范围。

②分辨率高，景深大，平面感强。

其二次电子图像的分辨率已达3nm，比光学显微镜约高5个数量级。

在同一加大倍数下扫描电镜图像的景深比光学显微镜的景深大10～100倍。

图5-2 草莓状黄铁矿的扫描电子图像

扫描电镜对样品的基本要求是：①样品肯定是枯燥、清洁的固体，在高能电子束的轰击下不变形，不蜕变，并能经受住真空的压力。②样品肯定导电。不导电的样品可在外表喷镀一层导电膜。近几年有些不导电的样品在数百伏的低减速电压下也能启动观察。因此，光片、没有盖玻璃的薄片以及断面等都能在扫描电镜中启动观察。对样品的大小也没有严厉的要求，观察面积约1cm，样品高度小于1cm较为适中。

近年来绝大少数扫描电镜都装备X射线能谱仪，有时还可装备电子背散射衍射部件，在观察图像的同时还可在原地启动微区的成分和结构剖析。

概略请见本章第三节和第四节的关系局部。

扫描电镜

扫描电子显微镜(SEM)是1965年以后才迅速开展起来的新型电子仪器。

其重要特点可演绎为：①仪器分辨率高；②仪器的加大倍数范围大，普通可达15～倍，并在此范围内延续可调；③图像景深大，富裕平面感；④样品制备繁难，可不破坏样品；⑤在SEM上装上必要的公用附件——能谱仪(EDX)，以成功一机多用，在观察形貌像的同时，还可对样品的微区启动成分剖析。

一、扫描电子显微镜(SEM)的基本结构及原理

扫描电镜基本上是由电子光学系统、信号接纳解决显示系统、供电系统、真空系统等四局部组成。

图13-2-1是它的前两局部结构原理方框图。

电子光学局部只要起聚焦作用的会聚透镜，它们的作用是用信号收受解决显示系统来成功的。

图13-2-1 SEM的基本结构示用意

在扫描电镜中，电子枪发射进去的电子束，经3个电磁透镜聚焦，成直径为20 μm～25 Å的电子束。

置于末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在试样外表上做光栅状扫描。

试样在电子束作用下，激收回各种信号，信号的强度取决于试样外表的形貌、受激区域的成分和晶体取向。

试样左近的探测器把激收回的电子信号接受上去，经信号解决加大系统后，保送到阴极射线管(显像管)的栅极以调制显像管的亮度。

由于显像管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显像管亮度是由试样激收回的电子信号强度来调制的，由试样外表任一点所搜集来的信号强度与显像管屏上相应点亮度逐一对应，因此试样形态不同，相应的亮度也肯定不同。

由此，获取的像肯定是试样形貌的反映。

若在试样斜上面安排的波谱仪和能谱仪，搜集特色X射线的波长和能量，则可做成分剖析。

值得留意的是，入射电子束在试样外表上是逐点扫描的，像是逐点记载的，因此试样各点所激收回来的各种信号都可选录进去，并可同时在相邻的几个显像管上或X—Y记载仪上显示进去，这给试样综合剖析带来极大的繁难。

二、高能电子束与样品的相互作用

并从样品中激收回各种消息。

关于宝石上班者，最罕用的是二次电子、背散射电子和特色X射线。

上述消息发生的机理各异，驳回不同的检测器，决定性地接纳某一消息就能对样品启动成分剖析(特色X射线)或形貌观察(二次电子和背散射电子)。

这些消息重要有以下的特色：

1.二次电子(SE)

从距样品外表100 Å左右的深度范围内激起的低能量电子(普通为0～50 eV左右)出现非弹性碰撞。

二次电子像是SEM中运行最广、分辨率最高的一种图像，成像原理亦有肯定的代表性。

高能入射电子束(普通为10～35 keV)由扫描线圈磁场的控制，在样品外表上按肯定的期间、空间顺序作光栅式扫描，而从试样中激收回二次电子。

被激收回的二次电子经二次电子搜集极、闪动体、光导管、光电倍增管以及视频加大器，加大成足够强的电信号，用以调制显像管的亮度。

由于入射电子束在样品上的扫描和显像管的电子束在荧光屏上的扫描用同一个扫描出现器调制，这就保障了样品上马一物点与荧光屏上马一“像点”在期间与空间上逐一对应；同时，二次电子激起量随试样外表凹凸水平的变动而变动，所以，显像管荧光屏上浮现的是一幅明暗水平不同的反映样品外表形貌的二次电子像。

由于二次电子具备低的能量，为了搜集到足够强的消息，二次电子检测器的搜集肯定处于正电位(普通为+250 V )，在这个正电位的作用下，试样外表向各个方向发射的二次电子都被拉向搜集极(图13-2-2a)，这就使二次电子像成为无影像，观察起来更实在、更直观、更有平面感。

2.背散射电子(BE)

从距样品外表0.1～1 μm的深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似等于原入射电子的能量出现弹性碰撞。

背散射电子像的成像环节简直与二次电子像相反，只不过是驳回不同的探测器接纳不同的消息而已，如图13-2-2所示。

图13-2-2 二次电子图像和背散射电子图像的照明成果

(据，1972)

a：二次电子检测方法；a′：二次电子图像的照明成果；b：背散射电子检测方法；b′：背散射电子图像的照明成果

3.特色X射线

样品中被激起了的元素特色X射线监禁进去(发射深度在0.5～5μm范围内)。

而要对样品启动微区的元素的成分剖析，则需借助于被激起的特色X射线。

这就是理论所谓的“电子探针剖析”，又理论把测定特色X射线波长的方法叫波长色散法(WDS)；测定特色X射线能量的方法叫能量色散法(EDS)。

扫描电子显微镜除了可运用于宝玉石的外表形貌外，它经常带能谱(EDS)做成分剖析。

EDS重要是由高效率的锂漂移硅半导体探测器、加大器、多道脉冲高度剖析器和记载系统组成。

样品被激起的特色X射线，入射至锂漂移硅半导体探测器中，使之发生电子—空穴对，而后转换成电流脉冲，加大，经多道脉冲高度剖析器按能量高下将这些脉冲分别，由这些脉冲所处的能量位置，可知试样所含的元素的种类，由具备相应能量的脉冲数量可知该元素的相对含量。

应用此方法很容易确定宝石矿物的成分。

扫描电镜若带有能谱(EDS)则岂但可以不破坏样品可运用于做宝玉石形貌像，而且还能极速做成分剖析(如图13-2-3，廖尚仪，2001)。

因此它是鉴定和区别相似宝玉石矿物的好方法，如白色的镁铝榴石，红宝石、红尖晶石、红碧玺等，由于它们的成分不同，其能谱(EDS)图也就有较大的区别。

波谱(WDS)定量剖析比能谱(EDS)定量剖析准确，但EDS剖析速度快。

图13-2-3 蓝色钾-钠闪石的能谱图

三、SEM的微形貌观察

1.样品制备

假设决定粉状样，须要事前决定好试样台。

假设是块状样，最大直径普通不超越15mm。

假设单为观察形貌像，直径稍大一些(39mm)仍可以经常使用，但试样肯定导电。

假设是非导电体试样，肯定在试样外表笼罩一层约200 Å厚度的碳或150 Å的金。

形貌像的取得

图13-2-4 扫描电子显微镜下石英(a)和蓝色闪石玉(b)的二次电子像

观察试样的形貌，罕用二次电子像或背散射电子像。

图13-2-4是石英(a)和蓝色闪石玉(钾-钠闪石b)的二次电子像。

同时由于二次电子像具备较高的分辨率和较高的加大倍数，因此，比背散射电子像更为罕用。

而成分剖析则常驳回背散射电子像。

化学剖析技术SEM 中英文全称

SEM是scanning electron microscope的缩写，中文即扫描电子显微镜，扫描电子显微镜的设计思维和上班原理，早在1935年便已被提进去了。

1942年，英国首先制成一台试验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相期间太长，所以适用价值不大。

通过各国迷信上班者的致力，尤其是随着电子工业技术水平的始终开展，到1956年开局消费商品扫描电镜。

近数十年来，扫描电镜已宽泛地运行在动物学、医学、冶金学等学科的畛域中，促成了各无关学科的开展。

sem指的是什么呢?

解释：

abbr. 扫描式电子显微镜（scanning electron microscope）；规范电子组件（Standard Electronic Modules）

n. (Sem)（泰、柬）森（人名）；(Sem)（西、挪）塞姆（人名）

读法：

英,es i: em]

用法：

SEM-EDS能谱 ; 能谱剖析 ; 扫描电镜

SEM-EDX剖析 ; 能谱剖析 ; 能谱仪 ; 谱剖析

TSINGHUA SEM理学院 ; 清华经管学院 ; 清华大学经济治理学院

近义词：

microscope

读法：

英ˈmaɪkrəskəʊp]美ˈmaɪkrəskoʊp]

解释：

n. 显微镜

用法：

Scanning electron microscope扫描电子显微镜 ; 扫描电镜 ; 扫描式电子显微镜 ; 电子显微镜

Digital Microscope数码显微镜 ; 该相机还允许数码显微 ; 数字显微镜 ; 显微数码

petrographic microscope岩相显微镜 ; 岩相显微镱 ;光]岩石显微镜