电子扫描显微镜（SEM）的工作原理？ 扫描电子显微镜的原理及应用

网上有很多关于电子扫描显微镜（SEM）的工作原理？的问题，也有很多人解答有关扫描电子显微镜的原理及应用的知识，今天艾巴小编为大家整理了关于这方面的知识，让我们一起来看下吧!

内容导航：

一、电子扫描显微镜（SEM）的工作原理？

二、扫描电镜原理及应用

三、扫描电镜

一、电子扫描显微镜（SEM）的工作原理？

扫描电子显微镜(SEM)使用聚焦电子束逐点扫描样品表面并成像。样品为块状或粉末状颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。二次电子是最重要的成像信号。

电子枪发射的能量为5 ~ 35 kev的电子，以其交叉光斑为电子源，经二次聚光镜和物镜缩小，形成具有一定能量、一定束流强度和一定束斑直径的细电子束。在扫描线圈的驱动下，按照一定的时间和空间顺序对样品表面进行网格扫描。

聚焦的电子束与样品相互作用产生二次电子发射(和其他物理信号)，二次电子发射的量随样品的表面形态而变化。二次电信号被探测器收集并转换成电信号。经文章放大后，输入显像管的栅极，与入射电子束同步扫描的显像管亮度被调制，得到反映样品表面形貌的二次电子图像。

二、扫描电镜原理及应用

扫描电子显微镜(SEM)是将电子枪发射的电子束聚焦后在样品表面进行光栅扫描的一种方法，其应用是二次电子成像。

扫描电子显微镜的原理是将极小的电子束投射到样品表面，通过收集其他来源的电子反弹或二次电子信号，确定样品表面形貌360的问答和性质。这些次级电子信号将反映样品表面的许多精细结构和缺陷。根据二次电子的大小和散射方向，可以构造出高分辨率、高对比度的三维图像。

扫描电子显微镜(SEM)是一种高精度和高分辨率的电子显微镜，用于切割茂县矿的这种材料。通过扫描和检测材料的表面，我们可以获得高分辨率的强图像。由于其对材料表面的高度敏感性，SEM可用于分析复杂材料的性质，如纳米结构中的小颗粒、纳米颗粒和合金。

扫描电子显微镜是一种非常先进的科技手段。与其他传统技术相比，SEM不仅具有高分辨率、高放大倍数、高对比度等优点，还可用于重构非导电材料、结构复杂的天然和合成材料、压电材料和纤维的表面形貌，帮助科学家了解和探索微观世界。扫描电镜的具体应用促进了待吧厨师龙射阳期1、在材料科学中的应用。

扫描电子显微镜的应用在材料科学中非常重要，仔细观察材料可以概括出目标物质的宏观性质或微观特征。比如用扫描电镜检测纳米级合成材料的疲劳和收缩，分析晶体缺陷，分析塑性变形的过程。2、应用于生命科学的研究。

在生命科学中，可以利用扫描电子显微镜研究从单细胞到微生物、植物、昆虫、鸟类的春天植物的细胞形态和解剖内部结构，从而进一步发现现实世界的奥秘。为了保证加速样品制备，扫描电镜的三维成像在梁海以外的一些机构进行，可以追踪活细胞。3、应用于地球科学研究和晶体学。

使用扫描电子显微镜技术还可以更深入地了解房屋二次场的相互作用问题。例如，用扫描电子显微镜研究岩石样品，可以了解各种原始岩石中的珍贵化石和组织。扫描电子显微镜作为结晶学领域的重要工具，可以分析胡适这位材料修饰家所造成的多浮雕的表面形貌，准确显示每千克预磨空气的晶格结构。

三、扫描电镜

扫描电子显微镜是1965年后迅速发展起来的一种新型电子仪器。其主要特点可以概括为：仪器的高分辨率；仪器的放大倍数范围大，一般可达15 ~ 18万倍，并可在此范围内连续调节；图像景深大，富有立体感；(4)样品制备简单，不会破坏样品；在扫描电镜上安装必要的专用附件3354 EDX，实现一机多用。在观察形态图像的同时，还可以分析样品微区的成分。

一、扫描电子显微镜的基本结构和原理基本由电子光学系统、信号接收与处理显示系统、电源系统和真空系统四部分组成。图13-2-1是其前两部分的结构原理框图。光电部分只有聚焦透镜，它们的功能由信号接收、处理和显示系统完成。图13-2-1扫描电镜基本结构示意图

在扫描电子显微镜中，电子枪发射的电子束经三个电磁透镜聚焦，形成直径为20微米~ 25的电子束。放置在末级透镜上部的扫描线圈可以使电子束以光栅方式在样品表面扫描。在电子束的作用下，样品激发出各种信号，信号的强度取决于样品的表面形貌、激发区的成分和晶体取向。

样品附近的探测器接收激发的电信号，经过信号处理和放大系统后，传输到阴极射线管(CRT)的栅极，调制CRT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，显像管的亮度受样品激发的电信号的强度调制，从样品表面任意一点采集的信号强度与显像管屏幕上对应的亮度一一对应，因此不同的样品状态对应的亮度必然不同。

因此，获得的图像必须是样品形态的反映。如果特征X射线的波长和能量被一个分光计和一个能量分光计收集，放置在样品的斜上方，就可以进行成分分析。

值得注意的是，入射电子束在样品表面逐点扫描，似乎是逐点记录，因此可以选择和记录样品各点激发的各种信号，并可同时显示在相邻的几个显像管或X-Y记录仪上，给样品的综合分析带来了极大的方便。高能电子束和样品之间的相互作用

并从样本中激发出各种信息。对于宝石工作者来说，最常用的是二次电子、背散射电子和特征X射线。上述信息的作用机制是不同的。通过使用不同的探测器和选择性地接收某些信息，可以进行样品的成分分析(特征X射线)或形貌观察(二次电子和背散射电子)。这些信息具有以下特点：1 .二次电子

非弹性碰撞发生在离样品表面约100深度范围内激发的低能电子(一般约0 ~ 50 ev)。二次电子像是SEM中应用最广泛、分辨率最高的图像，成像原理也具有代表性。高能入射电子束(一般为10 ~ 35 kev)由扫描线圈的磁场控制，在一定时间内按空间顺序对样品表面进行光栅模式扫描，从而从样品中激发出二次电子。

被激发出的二次电子经二次电子收集极、闪烁体、光导管、光电倍增管以及文章放大器，放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发生器调制，这就保证了样品上任一物点与荧光屏上任一“像点”在时间与空间上一一对应；同时，二次电子激发量随试样表面凹凸程度的变化而变化，所以，显像管荧光屏上显现的是一幅明暗程度不同的反映样品表面形貌的二次电子像。

由于二次电子具有低的能量，为了收集到足够强的信息，二次电子检测器的收集必须处于正电位(一般为+250 V )，在这个正电位的作用下，试样表面向各个方向发射的二次电子都被拉向收集极(图13-2-2a)，这就使二次电子像成为无影像，观察起来更真实、更直观、更有立体感。

2.背散射电子(BE)

从距样品表面0.11 m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发生弹性碰撞。背散射电子像的成像过程几乎与二次电子像相同，只不过是采用不同的探测器接收不同的信息而已，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效果

(据S.Kimoto，1972)

a：二次电子检测方法；a：二次电子图像的照明效果；b：背散射电子检测方法；b：背散射电子图像的照明效果

3.特征X射线

样品中被激发了的元素特征X射线释放出来(发射深度在0.55m范围内)。而要对样品进行微区的元素的成分分析，则需借助于被激发的特征X射线。这就是通常所谓的“电子探针分析”，又通常把测定特征X射线波长的方法叫波长色散法(WDS)；测定特征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表面形貌外，它经常带能谱(EDS)做成分分析。

EDS主要是由高效率的锂漂移硅半导体探测器、放大器、多道脉冲高度分析器和记录系统组成。样品被激发的特征X射线，入射至锂漂移硅半导体探测器中，使之产生电子—空穴对，然后转换成电流脉冲，放大，经多道脉冲高度分析器按能量高低将这些脉冲分离，由这些脉冲所处的能量位置，可知试样所含的元素的种类，由具有相应能量的脉冲数量可知该元素的相对含量。

利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)则不但可以不破坏样品可运用于做宝玉石形貌像，而且还能快速做成分分析(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，如红色的镁铝榴石，红宝石、红尖晶石、红碧玺等，因为它们的成分不同，其能谱(EDS)图也就有较大的区别。波谱(WDS)定量分析比能谱(EDS)定量分析精确，但EDS分析速度快。

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

如果选用粉状样，需要事先选择好试样台。如果是块状样，最大直径一般不超过15mm。如果单为观察形貌像，直径稍大一些(39mm)仍可以使用，但试样必须导电。如果是非导电体试样，必须在试样表面覆盖一层约200 厚度的碳或150 的金。

2.SEM形貌像的获得

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，常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有较高的分辨率和较高的放大倍数，因此，比背散射电子像更为常用。而成分分析则常采用背散射电子像。

以上就是关于电子扫描显微镜（SEM）的工作原理？的知识，后面我们会继续为大家整理关于扫描电子显微镜的原理及应用的知识，希望能够帮助到大家！