掃描電鏡工作原理

1、掃描電鏡工作原理一、電子束與樣品的相互作用掃描電鏡是對(duì)樣品表面形態(tài)進(jìn)行測(cè)試的一種大型儀器。電子槍發(fā)射的電子束在掃描電鏡鏡筒中，通過電磁透鏡聚焦和電場(chǎng)加速，入射到樣品中，束電子與樣品原子核或核外電子發(fā)生多種相互作用，而被散射，引起束電子的運(yùn)動(dòng)方向或能量（或兩者同時(shí)）發(fā)生變化，從而產(chǎn)生各種反映樣品特征的信號(hào)。這些信號(hào)包括二次電子、背散射電子、吸收電子、透射電子、俄歇電子、電子電動(dòng)勢(shì)、陰極熒光、X射線等，這些信號(hào)能夠表征固體表面或內(nèi)部的某些物理或化學(xué)性質(zhì)。它們是各類電子束顯微分析的物理基礎(chǔ)（圖1）。電子與樣品的相互作用過程可分成彈性散射和非彈性散射過程兩類。彈性散射與非彈性散射過程是同時(shí)發(fā)生的，前者

2、使束電子偏離原來運(yùn)動(dòng)方向，并使電子在樣品內(nèi)部羅三，后者使電子能量逐漸減少直至被樣品全部吸收，因此限制了電子束的擴(kuò)散范圍，電子束的能量完全沉積在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，同時(shí)產(chǎn)生大量可檢測(cè)的二次輻射，這個(gè)區(qū)域稱為相互作用區(qū)。圖 1 電子束轟擊固體發(fā)生的各種信號(hào)及深度相互作用區(qū)可以通過實(shí)驗(yàn)直接觀察或由Monte Calro計(jì)算法得到。通常，電子束能量越強(qiáng)，電子入射深度越深，相互作用區(qū)越大（圖2）。樣品的原子序數(shù)越大，束電子在每走過單位距離所經(jīng)受的彈性散射事件越多，其平均散射角度大，在樣品中的穿透深度越淺（圖3）。圖2. 不同加速電壓下，蒙德卡羅(Monte Carlo)電子軌跡模擬圖圖3. 同樣加速電壓下，不用材料，蒙德卡羅(Monte Carlo)電子軌跡模擬圖二、掃描電鏡工作原理由圖4可以看出，從電子槍陰極發(fā)出的直徑20-30nm的電子束，受到陰陽極之間的加速電壓的作用，射向鏡筒。經(jīng)過聚光鏡和物鏡聚焦后，形成一個(gè)具有一定能量、強(qiáng)度和斑點(diǎn)直徑的入射電子束。在物鏡上部掃描線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，入射電子束按一定時(shí)間、空間順序作光柵式掃描。由于入射電子與樣品之間的相互作用，從樣品中激發(fā)出的信號(hào)被不同的檢測(cè)器收集，并成像。本臺(tái)掃描電鏡配備有檢測(cè)二次電子的SE2和Inlens檢測(cè)器，形成樣品形貌像；檢測(cè)背散射電子的ASB檢測(cè)器，形成樣品成分襯度像；檢測(cè)特征X射線能量的X射線能譜儀，用于元素定性、定量分析