简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解
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，它利用电子束代替光束进行成像，可以观察到物质的表面形貌和微观结构。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，利用热电子发射原理产生高能电子束。
热阴极电子枪由电子发射体、聚焦极和加速极组成。
当电子发射体受到加热后，产生的热电子经过聚焦极的聚焦作用，形成一个细束电子束。
二、电子束的聚焦和加速经过电子源产生的电子束，会经过一系列的透镜系统进行聚焦和加速。
透镜系统由一组磁透镜和电透镜组成，它们分别通过调节磁场和电场来控制电子束的聚焦和加速。
通过透镜系统的调节，可以使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高成像的分辨率。
三、样品的准备和固定在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行准备和固定。
通常情况下，样品需要经过化学固定、脱水、金属浸渍等处理步骤，以保持样品的形态结构和细节，并提高电子束的透射性。
四、样品的扫描和成像在样品固定后，将样品放置在扫描电镜的样品台上。
电子束从电子源发射出来后，经过透镜系统的聚焦和加速后，进入扫描线圈系统。
扫描线圈系统通过控制电子束的扫描范围和速度，使电子束在样品表面进行扫描。
扫描过程中，电子束与样品表面相互作用，产生多种信号。
五、信号的检测和处理样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、背散射电子、X射线等。
这些信号被检测器接收到后，会转换成电信号，并经过放大和处理。
最终，通过将信号转换为图像，可以观察到样品表面的形貌和微观结构。
六、图像的显示和分析通过信号的检测和处理后，得到的图像可以通过显示器进行观察。
扫描电镜图像通常呈现出高对比度和高分辨率的特点，可以清晰地显示样品表面的细节和结构。
同时，还可以利用图像处理软件对图像进行后期处理和分析，如测量样品表面的尺寸、形状等。
总结：扫描电镜通过利用电子束代替光束进行成像，能够观察到物质的表面形貌和微观结构。
简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解
简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解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、信号收集和图像显示系统、和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、扫描线圈和样品室。
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和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和场发射电子枪，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。
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和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、倾斜和转动等运动，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、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。
扫描电子显微镜的构造和工作原理
扫描电子显微镜的构造和工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过使用聚焦的电子束来替代传统显微镜中使用的光束，从而能够观察到非常小尺寸的物体或细节。
SEM的构造和工作原理如下：构造：1.电子源：SEM使用热电子发射或场致发射的方式产生电子束。
常用的电子源是热丝电子枪，其中一个被称为热阴极的钨丝加热电子产生材料，产生电子束。
2. 电子透镜系统：SEM中有两个电子透镜，分别称为透镜1（即准直透镜）和透镜2（即聚经透镜）。
透镜1和透镜2的作用是使电子束呈现较小的束斑（electron beam spot），从而提高分辨率和放大率。
3. 检测系统：SEM的检测系统包括两个主要部分，即二次电子检测器（Secondary Electron Detector，SED）和回散射电子检测器（Backscattered Electron Detector，BED）。
SED主要用于表面形貌观察，它能够检测到由扫描电子激发的二次电子。
BED则用于分析样品的成分和区分不同物质的特性。
4.微控样品台：SEM中的样品台可以精确调整样品位置，使其与电子束的路径重合，并且可以在不同的方向上转动，以便于观察不同角度的样品。
5.显示和控制系统：SEM使用计算机控制系统来控制电子束的扫描和样品台的移动，并将观察结果显示在计算机屏幕上。
工作原理：1.电子束的生成：SEM中的电子源产生高能电子束。
电子源加热电子发射材料，如钨丝，产生高速电子束。
2.电子透镜系统的聚焦：电子束经过透镜1和透镜2的聚焦，使其呈现出较小的束斑。
3.样品的扫描：样品台上的样品被置于电子束的路径中，并通过微控样品台控制样品的位置和方向。
电子束扫描过样品表面，通过电磁透镜和扫描线圈控制电子束的位置。
4.二次电子和回散射电子的检测：电子束与样品相互作用时，会产生二次电子和回散射电子。
二次电子是由电子束激发样品表面产生的电子，可以用来观察样品的表面形貌。
扫描电镜工作原理科普
扫描电镜工作原理科普扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察材料表面形貌和获得微观结构图像的仪器。
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放大倍数，因此在材料科学、生物学、纳米技术等领域被广泛应用。
下面将从工作原理、构成和应用角度对扫描电镜进行科普。
一、工作原理：扫描电镜的工作原理主要是利用电子的特性来实现高分辨率成像。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：1.电子束的产生：扫描电镜中使用的是电子束而非光线，电子束通过热发射、场致发射等方式产生。
2.电子束的聚焦：电子束通过聚焦系统进行聚焦，使其能够更准确地照射到样品表面。
3.电子束的扫描：电子束通过扫描系统进行规律的扫描，以便覆盖样品表面的各个区域。
4.电子束与样品的相互作用：电子束照射到样品表面时，会与样品中的电子、原子发生相互作用，产生散射、透射、反射等现象。
5.信号的采集：根据与样品相互作用产生的信号，通过相应的探测器进行采集。
6.图像的生成：通过采集到的信号，经过信号处理和图像重构，最终生成样品的形貌图像。
二、构成：扫描电镜由以下几部分组成：1.电子枪：用于产生电子束的装置，通常采用热阴极或场致发射阴极。
2.聚焦系统：用于将电子束进行准确的聚焦，以便更好地照射到样品表面。
3.扫描系统：用于对样品表面进行规律的扫描，以便获取样品的整体形貌图像。
4.样品台：用于固定和导热样品，通常具有多种移动方式，以适应不同样品的观察需要。
5.检测器：用于采集样品与电子束相互作用所产生的信号，常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器等。
6.显示和控制系统：用于显示图像、实时调节仪器参数以及采集和处理数据等。
三、应用：扫描电镜在科学研究、工业材料分析和教学实验等领域具有广泛的应用。
其主要应用如下：1.材料科学：扫描电镜可以用于研究材料的表面形貌、结构和成分，对于纳米材料、金属和非金属材料等的表面缺陷、晶体结构以及纳米结构等进行观察和分析。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种通过电子束对样品进行扫描和成像的仪器。
它利用高能电子束与样品相互作用，通过采集和分析所产生的信号来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
1. 电子源扫描电镜的核心部件是电子源，通常采用热阴极电子枪产生电子束。
热阴极电子枪通过加热阴极产生的热电子，在电场的作用下形成高速电子束。
2. 电子透镜系统电子束从电子源出射后，经过一系列的电子透镜系统进行聚焦和控制。
电子透镜系统包括透镜和电磁场控制系统，通过调节透镜的电压和电流，可以控制电子束的聚焦和扫描速度。
3. 样品台样品台是放置待观察样品的平台，通常由导电材料制成，以便与电子束的相互作用。
样品台可以通过微动装置在XY方向上进行精确的挪移，以便对样品进行扫描。
4. 扫描线圈扫描线圈是用来控制电子束在样品表面上进行扫描的装置。
它通过改变电流的方向和大小，使得电子束可以在样品表面上按照预定的路径进行扫描。
5. 信号检测器当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。
扫描电镜通常配备多种类型的信号检测器，包括二次电子检测器（SE）、反射电子检测器（BSE）、能谱仪等。
这些检测器可以采集和测量不同类型的信号，以获取样品的形貌和成份信息。
6. 显示和图象处理扫描电镜通过信号检测器采集到的信号，经过放大、滤波等处理后，可以得到样品的图象。
这些图象可以通过显示器进行实时观察，并可以进行进一步的图象处理和分析，如增强对照度、测量尺寸等。
扫描电镜工作原理的基本流程如下：1. 打开电子源，产生高速电子束。
2. 通过电子透镜系统对电子束进行聚焦和控制。
3. 将待观察样品放置在样品台上。
4. 通过扫描线圈控制电子束在样品表面上进行扫描。
5. 信号检测器采集和测量与样品相互作用产生的信号。
6. 经过信号处理和图象处理，得到样品的图象。
7. 通过显示器进行实时观察和分析。
扫描电镜的基本结构和工作原理教材
扫描电镜的基本结构和工作原理教材扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察物质表面形貌和成分的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍率和更好的分辨率，能够观察到更细微的细节。
一、基本结构扫描电镜主要由电子枪、电子透镜系统、样品台、探测器和显示器等组成。
1. 电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，负责产生高能电子束。
电子枪由热阴极和阳极组成，热阴极通过加热产生热电子，经过加速电场加速后形成电子束。
2. 电子透镜系统：电子透镜系统由多个透镜组成，用于控制电子束的聚焦和聚束。
电子束经过电子透镜系统后，能够形成较小的束斑并具有较高的聚焦度，从而提高分辨率。
3. 样品台：样品台是放置待观察样品的平台，通常由金属材料制成。
样品台上的样品通过调整样品台的位置和角度，可以在电子束下进行观察。
4. 探测器：探测器是用来接收经过样品表面反射或散射的电子信号，并将其转化为图像信号。
常见的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器等。
5. 显示器：显示器用于显示扫描电镜观察到的图像，将电子信号转化为可见的图像。
二、工作原理扫描电镜的工作原理基于电子和物质的相互作用。
当高能电子束照射到样品表面时，会与样品中的原子和电子发生相互作用，产生各种信号。
1. 二次电子信号：当电子束照射到样品表面时，会激发样品表面的原子和电子，使其发射出较低能量的二次电子。
二次电子信号的强度与样品表面形貌和成分有关，通过探测器接收并放大二次电子信号，可以得到样品表面形貌的图像。
2. 反射电子信号：部分电子束会被样品表面反射回来，形成反射电子信号。
反射电子信号的强度与样品表面的原子排列和晶体结构有关，通过探测器接收反射电子信号，可以得到样品的晶体结构信息。
3. 辐射光谱：当电子束与样品表面相互作用时，还会产生X射线、荧光和透射电子等辐射。
通过分析这些辐射信号，可以获取样品的元素成分和化学状态等信息。
扫描电镜原理
6
3、成像原理、信号采集及应用（2）
二次电子形貌衬度的形成原理：
样品表面倾斜度越小，二次电子产额越少，亮度越低， 反之，样品表面倾斜度越大，二次电子产额越多，亮度越 大。
若样品上：
1. B 面的倾斜度最小， 二次电子产额最少，亮度最低。
2. A 面倾斜度次之，亮度为灰色。
3. C 面倾斜度最大，亮度也最大。
因此，随着原子序数Z的增大，背散射电子产 生的数额越多。故荧光屏上的图像较亮。
利用原子序数造成的衬度变化 可以对各种金属和合金进行定 性的成分分析。 重元素区域：图像上是亮区；
轻元素区域：图像上是暗区。
用背散射电子进行成分分析时，为了避免形貌 程度对原子序数衬度的干扰，背分析样品只进 行抛光，不进行腐蚀。
构造：主机部分与 SEM 相同，只增加了检测X射线的信号的谱仪， 用于检测X射线的特征波长或特征能量。
12
1、电子探针显微分析仪的工作原理（1）
电子探针显微分析仪：信号检测系统是 X 射线谱仪。
(1) 波长分散谱仪(WDS) ： 用来测定特征X 射线波长 的谱仪，简称为波谱仪。
(2) 能量分散谱仪(EDS) ： 用来测定 X 射线特征能量 的谱仪，简称为能谱仪。
3
扫描电镜结构原理方框图
2、电子与固体作用产生的信号
4
特征X射线是当样品原子的内
层电子被入射电子激发或电离时， 原子就会处于能量较高的激发状 态，此时外层电子将向内层跃迁 以填补内层电子的空缺，从而使 具有特征能量的X射线释放出来。 根据莫塞来定律，如果我们用X 射线探测器测到了样品微区中存 在某一种特征波长，就可以判定 这个微区中存在着相应的元素。
根据莫塞莱定律，用 X射线探测 器检测特征X射线，就可判定这 个微区中存在着相应的元素。
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，它利用电子束与样品的相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的工作原理。
一、电子束的产生与聚焦扫描电镜中的关键部件是电子枪，它通过热发射或者场发射的方式产生高能电子束。
电子束经过聚焦系统，通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和聚焦，从而提高分辨率。
二、样品的制备与加载在进行扫描电镜观察之前，需要对样品进行制备。
常见的样品制备方法包括金属涂层、冷冻切片、离子切割等。
制备完成后，将样品加载到扫描电镜的样品室中。
三、扫描电子显微镜的工作模式1. 透射电子显微镜模式（TEM）透射电子显微镜模式是将电子束穿透样品，然后通过样品上的透射电子显微镜探测器进行成像。
这种模式适合于对样品内部结构的观察，可以提供高分辨率的成像。
2. 扫描电子显微镜模式（SEM）扫描电子显微镜模式是将电子束聚焦到样品表面，然后通过样品表面反射的次级电子、反射电子或者后向散射电子进行成像。
这种模式适合于对样品表面形貌和成份的观察。
四、扫描电子显微镜的成像原理1. 次级电子成像（SEI）次级电子成像是通过探测样品表面次级电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，会产生次级电子。
这些次级电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
2. 反射电子成像（BEI）反射电子成像是通过探测样品表面反射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，一部份电子会被样品表面反射出来，这些反射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
3. 后向散射电子成像（BSEI）后向散射电子成像是通过探测样品表面后向散射电子的信号来获得图象。
当电子束与样品表面相互作用时，部份电子会发生散射，并改变其运动方向。
这些后向散射电子被探测器捕捉到，并转换成图象。
五、扫描电子显微镜的分辨率扫描电子显微镜的分辨率是指它可以分辨出两个相邻物体之间的最小距离。
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，能够通过扫描样品表面并利用电子束与样品相互作用来观察和分析样品的表面形貌和成分。
它在材料科学、生物学、纳米技术等领域有着广泛的应用。
一、扫描电镜的基本构成扫描电镜主要由电子光学系统、样品台、探测系统和显像系统组成。
1. 电子光学系统：电子光学系统包括电子源、电子束调制系统和扫描线圈。
电子源通常采用热阴极或场发射阴极，产生高能电子。
电子束调制系统用于控制和调节电子束的形状和大小。
扫描线圈通过改变电子束在样品表面的位置，实现对样品进行扫描。
2. 样品台：样品台是承载样品的平台，通常具有XY移动功能，可以调整样品的位置。
样品台还可以加热、冷却或施加电场等特殊处理。
3. 探测系统：探测系统用于收集与样品相互作用后产生的信号。
常用的探测器有二次电子探测器和反射电子探测器。
二次电子探测器用于观察样品表面形貌，反射电子探测器用于分析样品的成分。
4. 显像系统：显像系统将探测到的信号转化为图像，并通过显示器进行显示。
显像系统还可以进行图像增强和处理，以获得更清晰的图像。
二、扫描电镜的工作原理扫描电镜的工作原理可以分为电子源产生电子束、电子束与样品相互作用、探测信号收集和图像显示四个步骤。
1. 电子源产生电子束：扫描电镜中的电子源通常采用热阴极或场发射阴极。
电子源产生的电子束经过电子束调制系统的调节，形成高能、聚焦的电子束。
2. 电子束与样品相互作用：电子束照射到样品表面后，与样品表面的原子和分子发生相互作用。
这种相互作用包括电子与样品表面原子的散射、电子与样品表面原子的激发和电子与样品表面原子的透射等。
3. 探测信号收集：样品与电子束相互作用后，会产生多种信号，如二次电子、反射电子、散射电子等。
这些信号被探测器收集，并转化为电信号。
4. 图像显示：探测到的信号经过放大、增强和处理后，通过显像系统转化为图像，并通过显示器进行显示。
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，用于观察和研究微观世界中的样品。
它通过利用电子束与样品的相互作用，获取样品表面的形貌和成分信息。
本文将详细介绍扫描电镜的基本结构和工作原理。
一、基本结构扫描电镜主要由以下几个部分组成：1. 电子枪（Electron Gun）：电子枪是扫描电镜的核心部件之一，它产生高能电子束。
电子束的形成是通过热发射或场发射的方式，通过加热或加电场使金属阴极发射电子。
2. 准直系统（Condenser System）：准直系统用于聚焦和准直电子束。
它由准直透镜和聚焦透镜组成，能够将电子束聚焦成细小的束斑并准直。
3. 样品台（Sample Stage）：样品台是放置待观察样品的平台。
它通常具有微动装置，可以在水平和垂直方向上移动样品，以便于观察不同区域。
4. 扫描线圈（Scan Coils）：扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描。
通过调节扫描线圈的电流，可以控制电子束的位置和扫描速度。
5. 检测器（Detector）：检测器用于接收样品表面反射、散射或发射的信号。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
6. 显示器和计算机系统：显示器用于显示扫描电镜获取的图像，计算机系统用于图像的处理和分析。
二、工作原理扫描电镜的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 电子束的产生：电子束由电子枪产生，通过加热或加电场的方式使金属阴极发射电子。
电子枪通常采用热阴极或场发射阴极。
2. 电子束的准直和聚焦：电子束经过准直系统的聚焦透镜和准直透镜，被聚焦成细小的束斑并准直。
3. 电子束与样品的相互作用：准直后的电子束通过扫描线圈控制在样品表面的扫描。
当电子束与样品相互作用时，会发生多种相互作用，包括二次电子发射、反射电子、散射电子等。
4. 信号的检测：样品表面反射、散射或发射的信号被检测器接收。
扫描电镜的成像原理
扫描电镜的成像原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束成像的显微镜。
与传统光学显微镜不同，SEM使用电子束取代了光束，使其能够获得更高的分辨率和更大的放大倍数。
SEM的成像原理主要包括以下几个步骤：电子发射、电子束聚焦、电子束转换、排序和检测。
首先，SEM通过一个热丝发射电子。
这种方法通常通过加热丝使其发出电子，这些电子受到引力吸引到下方的电子透镜。
电子束通过发射针和折射电镜来聚集。
通常，SEM使用热阴极（发射丝）作为电子源。
其次，电子束从热阴极放射出来然后经过几个电子透镜进行聚焦。
这些透镜包括减速电场、主透镜和聚束透镜。
通过调整这些透镜的电场，可以调节电子束的方向和聚焦度，以便在样品表面形成一个尖锐且高度聚焦的电子束。
接下来，电子束扫描在样品上以产生显微图像。
电子束沿着样品表面扫描采集散射电子的信息。
扫描可以沿着两个轴进行：水平和垂直。
扫描过程以重复的方式在样品表面上移动，通过在每个扫描点测量所产生的散射电子数来生成显微图像。
扫描速度较快，可以在短时间内生成高分辨率的显微图像。
最后，检测获得的信号并转换为图像。
通过采集散射电子的数量来计算RGB值，经过数字化后形成图像。
接收到的散射电子信号被电子透镜转换为电压信号，然后经过放大和处理，形成图像。
SEM通常采取反应图像的形式，其中样品被扫描的电子束激发并产生信号。
图像可以通过监视器进行实时观察，也可以以数字形式存储和处理。
总而言之，扫描电子显微镜通过使用电子束而不是光束来观察样品表面的微观结构。
它通过电子的发射、聚焦、能量转换、扫描和检测来实现成像。
这使得SEM能够提供比传统光学显微镜更高的分辨率和更大的放大倍数，是一种非常强大的显微镜工具。
扫描电镜的基本结构和工作原理
扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，它通过扫描样品表面并利用电子束与样品相互作用来获取样品的表面形貌和成份信息。
下面将详细介绍扫描电镜的基本结构和工作原理。
一、基本结构1. 电子枪：扫描电镜的电子枪是电子束的发射源，它由热阴极和加速电极组成。
热阴极通过加热发射电子，加速电极则用于控制电子束的能量和聚焦。
2. 准直系统：准直系统包括准直磁铁和透镜，主要用于聚焦电子束并使其垂直于样品表面。
3. 扫描线圈：扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围，通过改变扫描线圈的电流，可以实现对样品不同区域的扫描。
4. 检测系统：检测系统主要包括二次电子检测器和后向散射电子检测器。
二次电子检测器用于检测样品表面的二次电子发射信号，后向散射电子检测器则用于检测样品表面的后向散射电子。
5. 显示和记录系统：显示和记录系统用于将检测到的信号转化为图象，并显示在显示器上或者记录在存储介质上。
二、工作原理扫描电镜的工作原理主要分为以下几个步骤：1. 电子束的发射：扫描电镜中的电子束是通过热阴极发射的。
热阴极受到加热，产生高能电子。
2. 电子束的聚焦：经过准直系统的调节，电子束被聚焦为一个细小的束流，并且垂直于样品表面。
3. 电子束的扫描：扫描线圈控制电子束在样品表面的扫描范围。
电子束按照预设的扫描模式在样品表面扫描，扫描过程中，电子束与样品表面相互作用。
4. 信号的检测：样品表面与电子束相互作用后，会产生一系列的信号，包括二次电子和后向散射电子。
二次电子检测器和后向散射电子检测器将这些信号转化为电信号。
5. 图象的生成：检测到的电信号经过放大和处理后，转化为图象信号。
这些图象信号经过显示和记录系统的处理，最平生成可见的样品表面形貌图象。
扫描电镜的基本结构和工作原理使其能够在高分辨率下观察样品的表面形貌和成份信息。
相比传统的光学显微镜，扫描电镜具有更高的放大倍数和更高的分辨率，可以观察到更细微的细节。
扫描电镜SEM 扫面电镜成像原理
常见的电子收集器由三部分组成：
闪烁体：收集电子信号 ， 光导管：然后成比例地转换成 光 信号， 光电倍增管：经放大后再转换成 电信号 输出(增益达
106)，作为扫描像的调制信号。
收集二次电子时，常在收集器前端栅网上加上 +250V偏压，使离开样品的二次电子走弯曲轨道，到 达收集器，提高了收集效率．
扫描电镜的构造
由五个系统组成 (1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统 (3)信号收集和图像显示系统 (4)真空系统 (5)电源系统
SEM
电子枪发射的电子束 经过2-3个电磁透镜聚焦
在样品表面按顺序逐行 扫描，激发样品产生各种 物理信号:二次电子、背 散射电子、吸收电子等。
信号强度随样品表面特 征而变。它们分别被相 应的收集器接受，经放 大器按顺序、成比例地 放大后，送到显像管。
在背散射电子像上的石墨条呈现暗的衬度， 而在吸收电子像上呈现亮的衬度。
背散射电子像
奥 氏 体 铸 铁 的 显 微 结 构 吸收电子像
Байду номын сангаас
表面形貌衬度的应用
基于二次电子像（表面形貌衬度）的分辨率比 较高且不易形成阴影等诸多优点，使其成为扫 描电镜应用最广的一种方式，尤其在失效工件 的断口检测、磨损表面观察以及各种材料形貌 特征观察上，已成为目前最方便、最有效的手 段。
背散射电子
它是被固体样品中原子反射回来的一部分 入射电子。又分弹性背散射电子和非弹性背散 射电子。背散射电子的能量比较高，其约等于
入射电子能量 E0。
二次电子
它是被入射电子轰击出来的样品核外电子， 又称为次级电子。二次电子的能量比较低，一 般小于50eV；
吸收电子
扫描电镜的成像原理
扫描电镜的成像原理
扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束来成像的高分辨率显微镜，其成像原理与光学显微镜有很大的不同。
本文将介绍扫描电镜的成像原理，以帮助读者更好地理解SEM的工作原理。
首先，扫描电镜的成像原理基于电子的波粒二象性。
电子具有波动性，其波长远小于可见光的波长，因此具有更高的分辨率。
此外，电子束可以通过磁场进行聚焦，从而实现更高的放大倍数。
其次，扫描电镜的成像原理包括三个关键步骤，发射电子束、扫描样品表面、检测信号。
首先，电子枪产生高能电子束，然后通过电场和磁场进行聚焦和偏转，使电子束聚焦到极小的直径。
接着，电子束在样品表面上进行扫描，与样品表面相互作用。
样品表面的电子会因此发生散射，产生次级电子和后向散射电子。
最后，检测器会收集这些次级电子和后向散射电子，并转换成电信号，形成图像。
此外，扫描电镜的成像原理还涉及到样品的制备。
样品需要进行金属涂覆或冷冻干燥等处理，以增强电子束与样品表面的相互作用，从而获得更好的成像效果。
最后，扫描电镜的成像原理决定了其在材料科学、生物学、地质学等领域的广泛应用。
SEM能够提供高分辨率、高深度的三维表面形貌信息，对于微观结构的研究具有重要意义。
总之，扫描电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，通过发射电子束、扫描样品表面、检测信号等步骤实现样品的高分辨率成像。
了解扫描电镜的成像原理有助于更好地理解SEM的工作原理，为科学研究和实际应用提供重要支持。
扫描电镜的基本结构和工作原理讲解
扫描电镜的基本结构和工作原理扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。
扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。
扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。
扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。
扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。
扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。
扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。
这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。
三、扫描电镜图像衬度观察1．样品制备扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可以直接进行观察。
但在有些情况下需对样品进行必要的处理。
1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。
2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。
清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。
3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm 为宜。
2．表面形貌衬度观察二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。
扫描电镜的成像原理
扫描电镜的成像原理
扫描电镜（ScanningElectronMicroscopy，SEM）是一种高分辨率的成像工具，能够达到亚纳米级别的成像效果。
其主要成像原理是利用电子束与样品相互作用产生的二次电子、反射电子、透射电子等信号来得到样品表面的形貌和组成信息。
具体来说，扫描电镜中的电子枪会发射高能电子束，这些电子束经过聚焦系统聚焦后，通过磁场镜片扫描样品表面。
在样品表面，电子束与样品原子核和电子互相作用，产生了许多新的电子。
其中，二次电子是一种比较容易产生的电子，因为它们是由电子束与样品表面的原子或分子相互作用而产生的。
这些二次电子会被探测器捕捉并转化成电信号，从而形成图像。
除了二次电子之外，扫描电镜还可以利用反射电子和透射电子来进行成像。
反射电子是由电子束与样品表面原子的原子层之间发生反射而产生的，透射电子是由电子束穿透样品表面后与样品内部原子相互作用而产生的。
这些电子同样也会被探测器捕捉并转化成电信号，从而形成图像。
综上所述，扫描电镜的成像原理是利用电子束与样品相互作用产生的二次电子、反射电子、透射电子等信号来得到样品表面的形貌和组成信息。
扫描电镜的高分辨率和高灵敏度使其成为材料科学、生物学、纳米科技等领域的重要工具。
- 1 -。
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。
扫描电镜的结构原理
扫描电镜的结构原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高性能显微技术，能够提供高分辨率的表面形貌和表面元素的微区分析。
它通过扫描样品表面并采集电子信号，从而实现对样品的显微观察。
下面我将详细介绍扫描电镜的结构原理。
1.电子枪：电子枪是扫描电镜的核心部件，它负责产生高能电子束。
电子枪主要由阴极、阳极和加速电极等构成。
在电子枪中，阴极加热后释放出一个电子云，然后通过加速电极的作用，使电子云加速并形成高能电子束。
2.聚焦系统：聚焦系统包括透镜和聚焦电极。
透镜的角度和形状可以控制电子束的聚焦，从而提高图像的清晰度和分辨率。
聚焦电极则用于调节透镜的焦距。
3.扫描线圈：扫描线圈主要包括水平和垂直线圈。
水平线圈和垂直线圈通过产生调制磁场来控制电子束的扫描范围和速度。
通过改变磁场的传送效果，可以将电子束精确地扫描到样品的各个位置，从而实现对样品表面的显微观察。
4.样品台：样品台用于支撑和定位样品。
它通常是由导电材料制成，以便在样品表面引入扫描电子束所需的信号。
样品可以在样品台上进行旋转和倾斜，以获得不同角度的观察。
5.信号检测和显示系统：信号检测和显示系统是扫描电镜的输出部分。
扫描电子束在扫描样品表面时与样品相互作用产生的信号，通过探测器收集并转化为电信号。
然后，被放大和处理后的信号通过显示器显示出来，形成样品表面的图像。
除了上述组成部分，扫描电镜还可以配备其他的功能模块，例如能量散射谱仪和电子背散射仪等，以提供更全面的样品表征能力。
总之，扫描电镜通过电子束在样品表面的扫描来实现显微观察，并通过信号的检测和处理，最终呈现出高分辨率的样品表面形貌。
它在材料科学、生物学、化学等领域具有广泛应用，为科学研究和工程技术提供了强大的工具。
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。
扫描电镜成像原理
扫描电镜成像原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来成像样品表面微观结构的仪器。
与光学显微镜不同，扫描电镜可以实现更高的放大倍数和更高的分辨率，能够观察到更小尺度的细节。
扫描电镜成像原理是基于电子的物理特性和电磁场的作用，下面将详细介绍扫描电镜成像的原理。
首先，扫描电镜成像的基本原理是利用电子束与样品表面相互作用，通过探测电子的信号来获取样品表面的形貌信息。
电子束由电子枪产生，经过加速和聚焦后照射到样品表面，与样品原子核和电子发生相互作用。
这些相互作用包括散射、吸收和发射次级电子等过程，产生的信号被探测器捕获并转换成图像。
其次，电子束的产生和控制是扫描电镜成像的关键。
电子束由热阴极或场发射阴极产生，经过加速器和聚焦系统形成细小的电子束，然后由扫描线圈控制电子束在样品表面上的移动轨迹。
在扫描过程中，探测器将不同位置的信号转换成电信号，再经过信号处理和图像重建形成最终的样品图像。
此外，扫描电镜成像原理还涉及到电子与样品的相互作用过程。
当电子束照射到样品表面时，会与样品原子核和电子发生散射和吸收，同时也会激发样品表面的次级电子。
这些信号被探测器捕获后，经过信号放大和处理，最终形成样品的表面形貌图像。
由于电子的波长远小于可见光，因此扫描电镜具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的细节。
最后，扫描电镜成像原理还与样品的制备和观察条件有关。
样品的导电性和表面平整度会影响电子束的照射和信号的获取，因此在观察前需要进行样品的处理和涂覆导电膜。
同时，观察时的真空度和加速电压等条件也会影响成像效果，需要根据样品的特性和所需的分辨率进行调节。
总之，扫描电镜成像原理是基于电子的物理特性和电磁场的作用，利用电子束与样品表面相互作用的信号来获取样品的形貌信息。
通过控制电子束的产生和移动轨迹，以及优化样品的制备和观察条件，可以实现对样品表面微观结构的高分辨率成像。
扫描电镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域具有重要的应用价值，对于研究和发展具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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、信号收集和图像显示系统、和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、扫描线圈和样品室。
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和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和场发射电子枪，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。
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和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、倾斜和转动等运动，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、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。
1.2 信号的收集和图像显示系统
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检测。
信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。
可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。
如前所述，由于镜筒中的电子束和显像管中电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。
1.3 真空系统
为保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作，对镜筒内的真空度有一定的要求。
一般情况下，如果真空系统能提供1.33×10-2 -1.33×10-3 Pa的真空度时，就可防止样品的污染。
如果真空度不足，除样品被严重污染外，还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。
2、扫描电镜的成像原理
扫描电镜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、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。
3、分析扫描电镜与透射电镜在样品表征方面的异同
3.1 结构差异
主要体现在样品在电子束光路中的位置不同，透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端，
电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。
当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。
相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等。
3.2 基本工作原理
透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。
这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。
经过物镜放大的像进一步经过几级中间磁透镜的放大，最后投影在荧光屏上成像。
由于透射电镜物镜焦距很短，也因此具有很小的像差系数，所以透射电镜具有非常高的空间分辨率，0.1-0.2nm，但景深比较小，对样品表面形貌不敏感，主要观察样品内部结构。
扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100um以上，这个100um以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。
实现样品上这个物点的放大。
如果让电子束在样品的一定区域做光栅扫描，并且从几何排列上一一对应调制显示器的像素的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。
具体图像反差形成机制不讲。
由于扫描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离，这就要求扫描电镜物镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系统的空间分辨率一般比透射电镜低得多1-3纳米。
但因为物镜焦距较长，图像景深比透射电镜高的多，主要用于样品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构，除非破坏样品，例如聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SEM,可以层层观察内部结构。
透射电镜和扫描电镜二者成像原理上根本不同。
透射电镜成像轰击在荧光屏上的电子是那些穿过样品的电子束中的电子，而扫描电镜成像的二次电子信号脉冲只作为传统CTR显示器上调制CRT三极电子枪栅极的信号而已。
透射电镜我们可以说是看到了电子光成像，而扫描电镜根本无法用电子光路成像来想象。
3.3 样品制备
TEM:电子的穿透能力很弱，透射电镜往往使用几百千伏的高能量电子束，但依然需要把样品磨制或者离子减薄或者超薄切片到微纳米量级厚度，这是最基
本要求。
透射制样是学问，制样好坏很多情况要靠运气，北京大学物理学院电子显微镜实验室，制样室都贴着制样过程规范，结语是祝你好运！
SEM: 几乎不用制样，直接观察。
大多数非导体需要制作导电膜，绝大多数几分钟的搞定，含水的生物样品需要固定脱水干燥，又要求不变形，比较麻烦，自然干燥还要晒几天吧。
二者对样品共同要求：固体，尽量干燥，尽量没有油污染，外形尺寸符合样品室大小要求。
参考文献
[1]赵乃勤主编.合金固态相变.化学工业出版社.
[2]陈建，严文等著.材料研究方法.北京.化学工业出版社.。