扫描电镜的主要结构主要包括有电子光学系统
扫描电镜的结构及原理
扫描电镜的结构及原理一、简介1特点：扫描电子显微镜主要特点是电子束在样品上进行逐点扫描，获得三维立体图像，图像观察视野大、景深长、富有立体感。
在观察样品表面形貌的同时，进行晶体学分析及成分分析。
常规的扫描电镜分辨本领通常为7～10nm,加速电压在1～50 kV范围。
生物样品一般用10～20kV,成像放大率几十倍至几十万倍。
2用途：扫描电镜可对样品进行综合分析，已成为重要分析工具，纤维、纸张、钢铁质量等，观察矿石结构、检测催化剂微观结构、观看癌细胞与正常细胞差异等。
3日本日立公司产品S-5200型为超高分辨率（ultra-highresolutio n）扫描电镜，加速电压为1k V时，分辨率可达1.8nm,加速电压为30kV时，分辨率高达0.5nm。
此外，还具有独特的电子信号探测系统，不但能观察样品三维形态结构甚至能看到样品的原子或分子结构，在使用性能方面已超越任何一种常规扫描电镜。
二、扫描电镜的结构扫描电镜的组成:（1）、电子光学系统：组成：①电子枪与透镜系统；②电子探针扫描偏转系统作用：产生直径为几十埃的扫描电子束，即电子探针，使样品表面作光栅状扫描。
①电子枪组成：阴极、阳极、栅极。
直径约为0.1mm钨丝制成，加热后发射的电子在栅极和阳极作用下，在阳极孔附近形成交叉点光斑，其直径约几十微米。
扫描电镜没有成像电镜，成像原理与透射电镜截然不同。
所有透镜皆为缩小透镜，起缩小光斑的作用。
缩小透几十镜将电子枪发射的直径约为30μm电子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一个末透镜完成三个透镜的总缩小率为2000～3000倍。
两个聚光镜分别是第一聚光镜和第二聚光镜，可将在阳极孔附近形成的交叉点缩小。
聚光镜可动光阑位于第二聚光镜和物镜之间，用于控制选区衍射时电子书的发散角。
无机材料测试基础习题与答案
无机材料测试基础1.产生X射线的条件：①产生自由电子②使电子作定向高速运动③在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速2.X射线的性质：沿直线传播；经过电场或磁场不发生偏转；具有很强的穿透力；通过物质时可以被吸收使其强度衰减，还能杀伤生物细胞，具有波粒二象性。
3.连续X射线谱产生机理：当高速电子流轰击阳极表面时，电子运动突然受到阻击，产生极大的负加速度，一个带有负电荷的电子在受到这样一种加速度时，电子周围的电磁场发生急剧的变化，必然要产生一个电磁波，该电磁波具有一定的波长，而数量极大的电子流射到阳极靶上时，由于到达靶面上的时间和被减速的情况各不相同，因此产生的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。
4.特征X射线谱产生机理：当X射线管电压加大到某一临界值V K时高速运动的电子动能足以将阳极物质原子的K层电子给激发出来。
于是在低能级上出现空位，原子系统能量升高，处于不稳定状态，随后高能级电子跃迁到K层空位，使原子系统能量降低重新趋于稳定，在这个过程中，原子系统内电子从高能级向低能级的这种跃迁，多余的能量将以光子的形式辐射出特征X射线。
5.请按波长由短到长的顺序对X射线，可见光，红外线，紫外线进行排练：X射线<紫外线<可见光<红外线。
6.X射线本质上是一种电磁波。
7.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。
8.相对于波长而言，障碍物的尺寸越大，衍射现象越不明显。
9.系统消光包括点阵消光和结构消光。
10.X射线衍射分析时，晶胞的形状和尺寸与衍射线的分布规律有关；原子的种类及其在晶胞中的位置与衍射线的强度有关。
11.X射线衍射分析时，衍射线的低角度线和高角度线中比较重要的是低角度线，强线和弱线更重要的是强线。
12.在扫描电镜中，可以利用会聚透镜和电磁透镜两种透镜对电子进行会聚。
13.在波谱仪和能谱仪中，能同时测量所有元素的是能谱仪，定量分析准确度高的是波谱仪。
14.扫描电镜的二次电子像和背散射电子像中，分辨率较高的是二次电子像，形成原序数衬度的是背散射电子像。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品相互作用来获取样品表面形貌和成份信息。
它在材料科学、生物科学、纳米科学等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜主要由电子光学系统、扫描系统和检测系统三部份组成。
1. 电子光学系统电子光学系统是扫描电镜的核心部份，它由电子枪、准直系统和透镜系统组成。
电子枪产生高能电子束，准直系统用于将电子束聚焦成细束，透镜系统用于将聚焦的电子束聚焦到样品表面。
2. 扫描系统扫描系统由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过控制电子束的扫描轨迹，使其在样品表面上进行扫描。
样品台用于支撑和定位样品。
3. 检测系统检测系统用于探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图象。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程可以分为样品制备、样品加载、参数设置、扫描和图象获取等步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜观察的前提，样品需要具备一定的导电性和稳定性。
常用的样品制备方法包括金属镀膜、碳膜覆盖、冷冻断裂、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将待观察的样品放置在样品台上，并通过样品夹具或者导电胶固定。
加载过程需要注意避免样品表面的污染和损伤。
3. 参数设置在进行观察之前，需要设置扫描电镜的工作参数，包括加速电压、放大倍数、扫描速度等。
这些参数的选择会影响到观察的分辨率和深度。
4. 扫描和图象获取设置好参数后，开始进行扫描和图象获取。
电子束在样品表面进行扫描，扫描线圈控制电子束的挪移轨迹。
同时，检测器会探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图象。
三、扫描电镜的应用领域扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学扫描电镜可以用于材料表面形貌的观察和分析，例如金属的晶体结构、陶瓷的微观结构等。
同时，扫描电镜还可以用于材料成份的分析，通过能谱仪可以获取样品的元素组成信息。
扫描电镜知识汇总
扫描电镜（SEM）超全知识汇总真空技术扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。
如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。
▲图1. 扫描电子显微镜特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。
基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。
通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。
有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。
3、真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
真空柱是一个密封的柱形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨灯丝枪的扫描电镜的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧及六硼化铈枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。
扫描电镜对比以及扫描电镜基础知识点-科邦实验室
扫描电镜对比以及扫描电镜基础知识点扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。
如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。
一、特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。
二、基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
图2：扫描电子显微镜结构图（图片来源：西南石油大学能源材料实验教学中心）其中最重要的三个系统是电子光学系统、信号探测处理和显示系统以及真空系统。
1、电子光学系统电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室等，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成象。
电子枪：用于产生电子，主要分类如下：电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。
通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。
有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。
简述扫描电子显微镜(SEM)
简述扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。
扫描电镜的结构主要包括：
1.真空系统和光源系统；
2.电子光学系统——电子强、电磁透镜、扫描线圈、样品室；
3.信号放大系统。
扫描电镜的优点是：
1.有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；
2.有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；
3.试样制备简单。
扫描电镜的应用范围是：
1.生物——种子、花粉、细菌……
2.医学——血球、病毒……
3.动物——大肠、绒毛、细胞、纤维……
4.材料——陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂……
5.化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察……）电子材料等。
主流厂家：
美国FEI（赛默飞）——Apreo SEM扫描电镜
德国蔡司——EVO MA 25/LS 25
日本日立——TM4000、SU8220，SU8230，SU8240日本电子——JSM-7900F 热场发射扫描电子显微镜捷克TESCAN——S8000系列
韩国COXEN——CX-200系列
中科院KYKY——KYKY-2800系列。
2扫描电镜_带思考题
式中ν 为元素的特征X 射线频率，Z为原子序数， K与σ 均为常数，C为光速。当σ ≈1时， λ 与Z的关系式可写成: 由式可知，组成试样的元素(对应的原子序数Z) 与它产生的特征X 射线波长(λ )有单值关系，即每 一种元素都有一个特定波长的特征X射线与之相对 应， 它不随入射电子的能量而变化。如果用X 射 线波谱仪测量电子激发试样所产生的特征X 射线波 长的种类，即可确定试样中所存在元素的种类，这 就是定性分析的基本原理。
ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背 散射电子成分像，1000×
ZrO2-Al2O3-SiO2系 耐火材料的背散射 电子像。由于ZrO2 相平均原子序数远 高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色 相为斜锆石，小的 白色粒状斜锆石与 灰色莫来石混合区 为莫来石－斜锆石 共析体，基体灰色 相为莫来石。
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4. 不损坏试样、分析速度快
现在电子探针均与计算机联机，可以连续自 动进行多种方法分析，并自动进行数据处理和数 据分析，对含10个元素以下的试样定性、定量分 析，新型电子探针在30min左右可以完成，如果 用EDS 进行定性、定量分析，几分种即可完成。 对表面不平的大试样进行元素面分析时，还可以 自动聚焦分析。 电子探针分析过程中一般不损坏试样，试样 分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分 析测试，这对于文物、古陶瓷、古硬币及犯罪证 据等的稀有试样分析尤为重要。
2. 元素分析范围广
电子探针所分析的元素范围一般从硼 (B)——铀(Ｕ)，因为电子探针成份分析是利 用元素的特征X 射线，而氢和氦原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进 行电子探针成分分析。锂(Li)和铍(Be)虽然能 产生X 射线，但产生的特征X 射线波长太长， 通常无法进行检测，少数电子探针用大面间 距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元 素。能谱仪的元素分析范围现在也和波谱相 同，分析元素范围从硼(B)——铀(Ｕ)
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。
一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。
1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。
热电子经过加速电压加速形成高速电子束。
2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。
聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。
扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。
3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。
常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成分信息。
二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。
扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。
扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。
三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。
首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。
然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或碳镀膜，以提高导电性。
最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。
2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。
3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。
4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。
5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成分信息。
6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。
7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。
五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。
在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。
扫描电镜工作原理及其构造
作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。
图10-2 电子光学系统示意图
表10-1 几种类型电子枪性能比较
2．偏转系统
作用：使电子束产生横向偏转，包括用于形成光栅状扫描的扫描系统， 以及使样品上的电子束间断性消隐或截断的偏转系统。 偏转系统可以采用横向静电场，也可采用横向磁场。
右图为形貌衬度原理
二次电子像衬度的特点：
（1）分辨率高 （2）景深大，立体感强 （3）主要反应形貌衬度。 什么是最小衬度？
ZnO
水泥浆体断口
2．背散射电子像衬度及特点
影响背散射电子产额的因素有： (1)原子序数Z (2)入射电子能量E0 (3)样品倾斜角
图10-6 背散射系数与原子序数的关系
能谱仪的缺点：
(1)能量分辨率低，峰背比低。由于能谱仪的探头直接对着样品，所 以由背散射电子或X射线所激发产生的荧光X射线信号也被同时检测 到，从而使得Si(Li)检测器检测到的特征谱线在强度提高的同时，背 底也相应提高，谱线的重叠现象严重。故仪器分辨不同能量特征X射 线的能力变差。能谱仪的能量分辨率(130eV)比波谱仪的能量分辨 率(5eV)低。 (2)工作条件要求严格。Si(Li)探头必须始终保持在液氦冷却的低温 状态，即使是在不工作时也不能中断，否则晶体内Li的浓度分布状态 就会因扩散而变化，导致探头功能下降甚至完全被破坏。
背散射电子衬度有以下几类：
(1)成分衬度 (2)形貌衬度 (3)磁衬度(第二类)
背散射电子像的衬度特点：
（1）分辩率低 （2）背散射电子检测效率低，衬度小 （3）主要反应原子序数衬度
扫描电镜的结构与操作
扫描电镜的结构与操作透射电子显微镜与光学显微镜一样，照明束穿过样品経过透镜的放大后，整个像是同时形成的。
而扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称扫描电镜或SEM)则以完全不同的方式成像。
其基本要点是：用极狭窄的电子束去扫描样品，即电子束在样品上作光栅运动。
电子束与样品相互作用将会产生各种信息，例如样品的二次电子发射，发射出来的电子称为二次电子。
使用我们下面将讨论的方法，二次电子能产生样品表面放大的形貌像。
这个像是在样品被扫描时按时序地建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大的像。
早在1935年，透射电镜发明后不久，Knoll就提出利用一个扫描电子束从固体表面获得图像的原理。
但由于技术上的原因，直至1965年扫描电镜才成为商品而被利用。
此后，由于扫描电镜具有许多优点，使它在许多学科包括生物学的各个方面获得广泛的应用，成为极有价值的工具。
结构扫描电镜主要是由电子光学系统和显示单元组成，电子光学系统也称为镜筒，它的外观与透射电镜的镜筒相似，实际上相当于透射电镜的照明系统(SEM不需要成像系统)，它是由电子枪、几个磁透镜、扫描线圈以及样品室组成(见图2-1)电子枪与透射电镜的电子枪基体相同，只是加速电压较低，一般在40kV以下。
磁透镜一般有三个：第一、二聚光镜和物镜，其作用与透射电镜的聚光镜相同：缩小电子束的直径，把来自电子枪的约30μm大小的电子束经过第一、二聚光镜和物镜的作用，缩小成直径约为几十埃的狭窄电子束。
这是因为扫描电镜的分辨率主要取决于电子束的直径，所以要尽可能缩小它,为此物镜还装备有物镜可动光栏和消散器。
一个带有扫描电路的偏转线圈通以锯齿波的电流，产生的磁场作用于电子束上使它在样品上扫描。
扫描的区域、扫描速率和每厘米的扫描线数都可以选择。
这个电路同时输送锯齿波电流给显示部分的显像管(CRT)的偏转线圈，所以镜筒的电子束与显像管的电子束是严格同步的。
出于与透射电镜同样的理由，镜筒也是被真空系统排气至高真空，一般为10-3Pa的真空度。
扫描电镜的结构和工作原理
一、扫描电子显微镜的工作原理扫描电镜(Scanning Electron Microscope)是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。
试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。
其中二次电子是最主要的成像信号。
由电子枪发射的能量为 5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。
聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。
二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
二、扫描电镜具有以下的特点(1) 可以观察直径为0 ～30mm的大块试样(在半导体工业可以观察更大直径)，制样方法简单。
(2) 场深大、三百倍于光学显微镜，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
(3) 放大倍数变化范围大，一般为15 ～200000 倍，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
(4) 具有相当高的分辨率，一般为3.5 ～6nm。
(5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。
采用双放大倍数装置或图像选择器，可在荧光屏上同时观察不同放大倍数的图像或不同形式的图像。
(6) 可进行多种功能的分析。
与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析；配有光学显微镜和单色仪等附件时，可观察阴极荧光图像和进行阴极荧光光谱分析等。
(7) 可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察在不同环境条件下的相变及形态变化等。
三、扫描电镜的主要结构1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。
简述扫描电镜的构造及成像原理
简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其与透射电镜在样品表征方面的异同1、扫描电镜的构造扫描电镜由电子光学系统、信号收集与图像显示系统、与真空系统三部分组成。
1.1 电子光学系统（镜筒）电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈与样品室。
1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。
1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。
扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。
布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室与透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。
扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。
采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。
若采用六硼化镧阴极与场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。
1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作与显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
各种不同信号的收集与相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。
样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜与转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却与进行机械性能试验（如拉伸与疲劳）。
1.2 信号的收集与图像显示系统二次电子、背散射电子与透射电子的信号都可采用闪烁计数器来检测。
扫描电镜成像原理
扫描电镜成像原理
扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种
利用高能电子束扫描样品表面并感应出的反射电子信号来获得样品表面形貌信息的仪器。
与传统的光学显微镜相比，扫描电镜能够提供更高的分辨率和更大的深度信息。
扫描电镜的成像原理主要包括电子光源、电子光学系统、样品和检测系统四个主要部分。
首先是电子光源，通常采用热阴极或冷阴极发射电子的方式产生电子束。
这些电子束经过聚焦系统，使其聚焦到尖端直径约为1-10纳米的小点上，形成扫描电子束。
然后是电子光学系统，它包括扫描线圈和电子透镜。
扫描线圈用来控制电子束的运动，使其在样品表面上进行扫描。
电子透镜则用来调节电子束的聚焦和对焦，以获得清晰的成像。
接着是样品，在电子束的照射下，样品会发射出多种类型的信号，包括次级电子、反射电子、散射电子等。
这些信号会随着扫描电子束的位置和样品表面形貌的变化而变化。
最后是检测系统，它主要用来接收并转换样品表面发出的信号。
常用的检测器包括二极管检测器、多道脉冲高能电子能谱仪和能量散射谱仪。
这些检测器可以将电子信号转换成电流信号并进行放大和处理，最终形成二维图像或三维形貌信息。
综上所述，扫描电镜通过高能电子束的扫描和探测样品表面的
电子信号来实现对样品的高分辨率成像。
它广泛应用于材料科学、生物科学、纳米技术等领域，为科学研究和工业生产提供了重要的观测手段。
扫描电镜结构
[相关资料] 扫描电镜基本结构和工作原理2011-06-30 10:01:17| 分类：相关资料|举报|字号订阅扫描电镜由电子光学系统，信号收集及显示系统，真空系统及电源系统组成，原理结构示意图如图1。
由三极电子枪所发射出来的电子束（一般为50μm），在加速电压的作用下（2～30kV），经过三个电磁透镜（或两个电磁透镜），汇聚成一个细小到5nm 的电子探针，在末级透镜上部扫描线圈的作用下，使电子探针在试样表面做光栅状扫描（光栅线条数目取决于行扫描和帧扫描速度）。
由于高能电子与物质的相互作用，结果在试样上产生各种信息如二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线、阴极发光、吸收电子和透射电子等。
因为从试样中所得到各种信息的强度和分布各自同试样表面形貌、成分、晶体取向、以及表面状态的一些物理性质（如电性质、磁性质等）因有关，因此，通过接收和处理这些信息，就可以获得表征试样形貌的扫描电子像，或进行晶体学分析或成分分析。
图1 扫描电镜原理结构1 电子光学系统电子光学系统由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。
其作用是用来获得扫描电子束，作为产生物理信号的激发源。
为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
<1>电子枪：其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。
目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。
其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。
现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。
但这种电子枪要求很高的真空度。
<2>电磁透镜其作用主要是把电子枪的束斑逐渐缩小，是原来直径约为50m m的束斑缩小成一个只有数nm的细小束斑。
其工作原理与透射电镜中的电磁透镜相同。
电子显微镜习题三答案.docx
习题三1. "SEM”的中英文全称扌门描式电子显微镜scanning electron microscopy2. 扫描电子显微镜的主要构造有哪些？电子光学系统扫描系统信号探测放大系统图彖显示和记录系统真空系统电源系统3. 扫描电子显微镜的主要工作原理是什么？扫描电镜的工作原理可以简单地归纳为“光栅扫描，逐点成像“。
用一•束极细的电子束扌「I描样品，在样品衣面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表而结构形貌有关，次级电子山探测器收集，并被闪烁辭转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。
图像为立休形象，反映了样品的表面结构形貌4. “SEM”中的扫描系统由哪些主要部件构成打描系统主要由扌「I描偏转线圈、打描信号发住器；打描放人控制器等部件组成5. “SEM”中，扫描系统的主要作用是什么？电子光学系统和扫描系统的作用是用来获得扫描电子束，作为信号的激发源6. 扫描电子显微镜的放大倍数是如何定义的？7. 在“SEM”中，扫描电子束激发样品产生的物理信号主要有哪些?3•扫描电镜样品的主要物理信号（1）二次电子（Secondary electron f SE ；是被入射电子（又称为一次电子）轰击岀来的离开样品表面的样品的 核外电子，在扫描电子显微术中反映样品上表面的形貌特征（3）特征x 射线特征x 射线：是原子的内层电子受到激发之后，在能级跃迁过程 中育接释放的具有特征能串和波长的一种电碣波辐射。
是入射电子在激 发样品中原子的内层电子后，外层电子跃迁至内层时发出的光子牛寺:特征X 射线来自样品几 百口皿〜几p m 的深度范 通过检测样品发出的特征X射线的能垠或波长即可测定 样品中的元素成分；测旱X 射线的强度即可计算元素的 含呈，从而进行样品表面元 素定性、定量分析，该方法称为能谱法（EDS ）和波谱 法（WDS ）特点：① 能号比较低，一般小于50eV ； ② 来自表层5・10nfn 深度;③ 它对样品的表面形貌+ 分敏感，因此能非常有效地显 示样品的表面形貌€INTERACTION WITH MATTERSecondary electrons -topography Back scatter electrons -compositional Xfays -chemistry （2）背散射电子（ Backscatteredelectron. BE )背散射电子：被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子，又叫做反射电子 INTERACTION WITH MATTER①诂召较大，与入射电子 能审接近； ^②来自样品表面几十-几 百纳米的深度范围； ③产额伴随着原子序数增 大而增多，可以用来显示原子 序数衬度，定性地用作成份分 析 Secondary electrons 让畑观沁-compositional ・ chemistry Boel>«eGft<re d a ♦Back scatty electrons4. SEM中的其他信号•俄歇电子：入射电子在样品原子激发内层电子后外层电子跃迁至内层时，多余能量转移给外层电子，使外层电子挣脱原子核的束缚，成为俄歇电子•透射电子：电子穿透样品的部分，这些电子携带着被样品吸收、衍射的信息，用于透射电镜的明场像和透射扫描电镜的扫描透射（STEM）图像. 以揭示样品内部微观结构的形貌特征°8. “SEM”中二次电子像和背散射电子像的主要异同是什么？用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率比二次电子低。
扫描电镜实验报告
扫描电镜实验报告姓名：xxx 专业：xxx 学号：xxxxxxxx一、实验目的1. 了解扫描电镜的构造及工作原理；2. 学习扫描电镜的样品制备；3. 学习扫描电镜的操作；3. 利用扫描电镜对铝粉的形貌进行观察。
二、实验原理扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大与信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。
扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下：1．电子光学系统。
其由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。
为了获得较高的信号强度与扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度与尽可能小的束斑直径。
常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪与场发射电子枪。
前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。
电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。
扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室与聚光镜之间装入各种信号探测器。
为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。
样品室中有样品台与信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。
2. 扫描系统。
扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。
3. 信号检测、放大系统。
样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光与透射电子。
不同的物理信号要用不同类型的检测系统。
它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器与X射线检测器。
4. 真空系统。
镜筒与样品室处于高真空下，它由机械泵与分子涡轮泵来实现。
开机后先由机械泵抽低真空，约20分钟后由分子涡轮泵抽真空，约几分钟后就能达到高真空度。
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4.电子计算机 5.扫描显示系统
扫描显示系统是将电子束在试样表 面和观察图像的荧光屏（CRT）进行 同步光栅扫描，把电子束与试样相互作 用产生的二次电子、背散射电子及X 射 线等信号，经过探测器及信号处理系统 后，送到CRT 显示图像或照相纪录图 像。
6. 真空系统
真空系统是保证电子枪和试样室有较高的真 空度，高真空度能减少电子的能量损失和提高灯 丝寿命，并减少了电子光路的污染。真空度一般 为0.01Pa－0.001Pa，通常用机械泵－油扩散泵 抽真空。油扩散泵的残余油蒸汽在电子束的轰击 下，会分解成碳的沉积物，影响超轻元素的定量 分析结果，特别是对碳的分析影响严重。
形貌衬度原理
背散射电子
背散射电子是指入射电子与样品相 互作用(弹性和非弹性散射 )之后，再次 逸出样品表面的高能电子，其能量接近 于入射电子能量 ( E。)。背射电子的产 额随样品的原子序数增大而增加，所以 背散射电子信号的强度与样品的化学组 成有关，即与组成样品的各元素平均原 子序数有关。
背散射电子像
2. 线分析
电子束沿一条分析线进行扫描(或试 样扫描)时，能获得元素含量变化的线 分布曲线。如果和试样形貌像(二次电 子像或背散射电子像)对照分析,能直观 地获得元素在不同相或区域内的分布。
图为 耐火材料－玻璃界面元素的变化规律，图中直线 为分析线（电子束扫描线）。研究发现，玻璃中K, Na 等 元素在界面附近的变化规律不同，K, Na离子非常容易扩散 到耐火材料内部，并进入耐火材料的玻璃相中，使耐火材 料粘度大大下降，这是引起耐火材料解体的原因之一
扫描电镜图象及衬度
二次电子像
背散射电子像
入射电子 Auger电子
背散射电子
二次电子
阴极发光 X射线
样 品
透射电子
二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样 品原子较外层电子（价带或导带电子） 电离产生的电子，称二次电子。二次电 子能量比较低，习惯上把能量小于50eV 电子统称为二次电子，仅在样品表面 5nm－10nm的深度内才能逸出表面， 这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
比
较
透射电镜一般是电子光学系统（照明 系统）、成像放大系统、电源和真空系统 三大部分组成。
1. 电子光学系统
• 电子光学系统包括 电子枪、电磁透镜、 消像散器和扫描线圈 等。其功能是产生一 定能量的电子束、足 够大的电子束流、尽 可能小的电子束直径， 产生一个稳定大倍率高（M=Ac/As）
分辨率高（d0=dmin/M总）
景深大（F≈ d0/β）
保真度好
样品制备简单
分析方法
1. 点分析
将电子探针固定在试样感兴趣的点上，进 行定性或定量分析。该方法用于显微结构的成 份分析，例如，对材料晶界、夹杂、析出相、 沉淀物、奇异相及非化学计量材料的组成等研 究。
作用：使电子束产生横向 偏转。 主要包括：用于形成光栅 状扫描的扫描系统，以及 使样品上的电子束间断性 消隐或截断的偏转系统。 可以采用横向静电场，也 可采用横向磁场。
(a)光栅扫描
(b)角光栅扫描
电子束在样品表面进行的扫描方式
8
3．信号检测放大系统
作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各 种物理信号，并进行放大。 不同的物理信号，要用不同类型的收集系统（探测 器）。 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用 闪烁计数器来进行检测。 闪烁计数器是由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。 具有低噪声、宽频带(10Hz~1MHz)、高增益(106)等 特点
3. 面分析
将电子束在试样表面扫描时，元素在 试样表面的分布能在CRT 上以亮度分 布显示出来（定性分析）。
a 背散射电子成分像 1000×图 b Mg X射线像 1000×图
扫描电镜原理及结构
1. 扫描电镜的工作原理及特点 扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似。 成像原理：利用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发出来的各种物理信号调制成像。类 似电视摄影显像的方式。
扫 描 电 镜 成 像 示 意 图
2. 扫描电镜的主要结构
主要包括有电子光学系统、扫描系 统、信号检测放大系统、图象显示和记 录系统、电源和真空系统等。
背散射电子像的形成，就是因为样品 表面上平均原子序数Z大的部位而形成较 亮的区域，产生较强的背散射电子信号； 而平均原子序数较低的部位则产生较少的 背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较 暗的区域，这样就形成原子序数衬度。
ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背 散射电子成分像，1000×
ZrO2-Al2O3-SiO2系 耐火材料的背散射 电子像。由于ZrO2 相平均原子序数远 高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色 相为斜锆石，小的 白色粒状斜锆石与 灰色莫来石混合区 为莫来石－斜锆石 共析体，基体灰色 相为莫来石。
扫描电子显微镜
引言
扫描电镜结构及原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜的主要特点及分析方法 扫描电镜结果分析示例
引
言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写 为SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM与 电子探针（ EPMA）的功能和结构基本相同，但 SEM一般不带波谱仪（ WDS）。它是用细聚焦的 电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用 产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断 口 形 貌 进 行 观 察 和 分 析 。 现 在 SEM 都 与 能 谱 （ EDS）组合，可以进行成分分析。所以， SEM 也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、 冶金、矿物、生物学等领域。
二次电子象
二次电子象是表面形貌衬度，它是利用 对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调 节信号得到的一种象衬度。因为二次电子信 号主要来处样品表层 5 － 10nm 的深度范围， 它的强度与原子序数没有明确的关系，便对 微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏 感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于 显示形貌衬度。 在扫描电镜中，二次电子 检测器一般是装在入射电子束 注 意 轴线垂直的方向上。