扫描电镜小知识系列之一：扫描电镜是如何对样

        在材料检测领域，扫描电子显微镜（SEM）技术发挥着极其重要的作用。扫描电子显微镜可以直接研究晶体缺陷及其形成过程。它可以观察到金属材料检测中可看到内部原子的聚集及其真正的边界。它也可以在不同的条件下观察到。在下边界移动的过程中，还可以检查晶体在表面加工过程中所造成的损伤和辐射损伤。

        扫描电子显微镜结构及主要性能

         扫描电子显微镜大致可分为镜体和电源电路两部分。主体部分包括光电系统、信号采集和显示系统和真空抽气系统。

        一、电子光学系统

       电子光学系统主由电子枪、电磁反射透镜、样品扫描线圈和样品间组成。它的作用是获得作为信号激励源的扫描电子束。为了获得更高的信号强度和图像分辨率，扫描电镜的扫描电子束应具备更高的光照亮度和尽可能小的光斑。

       二、信号采集与显示系统

       入射电子产生的物理信号被检测出来，然后通过视频放大，作为成像系统的调制信号。目前常用的电子探测器有闪烁体、光管和光电倍增管。

       三、真空系统

       真空系统的作用是保证光电系统的正常运行，防止样品污染。

       四、电力系统

       供电系统由调压、稳流和相应的安全保护电路组成。其功能是提供扫描电镜各部分所需的功率。

       扫描电子显微镜工作原理

       首先，电子枪发射的电子束在高强度电压作用下由磁透镜系统集中，形成由两到三个直径为5纳米的电磁透镜组成的电子光学系统。电子束被集中成一个精细的电子。光束聚焦在样品的表面上。扫描线圈安装在最终透镜上，电子束在其作用下扫描在样品表面。由于高能电子束与样品材料的相互作用，产生了各种信息：次级电子、反反射电子、吸收电子、  X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子。

这些电子信号由相应的信号接收器接收，再对信号进行放大并发送到仪器的显像管的栅极，以调节显像管的亮度。由于通过扫描线圈的电流与显像管的亮度一一对应，即当电子束击中样品上的一个点时，显像管荧光屏上会出现一个高于其他背景值的亮点。扫描电子显微镜的成像方式是一种逐点成像的方法，该方法可保证样品处理高清状态。将样品表面的不同特征依次转换成视频信号，完成一帧图像，以便在屏幕上观察样品表面的各种特征图像。

       扫描电子显微镜对比图像

       1.二次电子图像

       被入射电子束轰击并离开样品表面的核外电子称为次级电子。这是真空中的自由电子。二次电子通常在表面层上5到10纳米的深度范围内发射。它对样品的表面形貌非常敏感，因此可以非常有效地显示样品的表面形貌。二次电子产额与原子序数之间没有明显的相关性，因此不能用于组分分析。

       2．背散射电子图像

       后向散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的入射电子的一部分，而后向散射电子来自样品表面几百纳米的深度范围。由于它的生产率随着样品原子序数的增加而增加，因此它不仅可以用作地形分析，还可以用作原子序数对比，定性地用作成分分析。

后向散射电子信号强度远低于二次电子，因此粗糙表面的原子序数对比度常常被地形所掩盖。
       扫描电镜正是因为有以上特此，所以被广泛应用在材料失效分析领域中。