当前课程知识点：材料现代研究方法 > 第十章 扫描电子显微镜 > 10.2 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
同学 你好
我们这节课来学习
扫描电子显微镜的构造和工作原理
我们来看一下
扫描电子显微镜
是由电子光学系统信号收集处理
图像显示和记录系统
以及真空系统这样三个部分所组成
这张图是给出了
扫描电子显微镜结构原理的一个框图
下面我们就来逐一介绍
扫描电镜的各部分的组成
首先我们来看一下电子光学系统
也就是说我们常说的这个镜筒的这个部分
电子光学系统
它包括电子枪电磁透镜扫描线圈和样品室
这样的几部分
扫描电子显微镜的电子枪
它与透射电子显微镜的电子枪是相似的
它只是加速的电压比透射电子显微镜要低
扫描电子显微镜中
各电磁透镜都不做成像透镜用
而是用作聚光镜
它们的功能只是把电子枪的束斑
也就是虚光源逐级聚焦缩小
使原来直径大约为50个微米的束斑
缩小成一个只有数个纳米的细小的斑点
要想达到这样的缩小倍数
必须用几个透镜来进行完成
通常情况下
扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜
前面的两个聚光镜是强磁透镜
可以把电子束的光斑缩小
第三个透镜是弱磁透境
它具有较长的焦距
习惯上也称之为物镜
它的目的是在于
使样品室和透镜之间都有一定的空间
这样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斑的直径越小
也就相当于成像单元的尺寸越小
这样相应的分辨率也就越高
对于热阴极电子枪的束斑可以达到六个纳米
而六硼化镧和场发射的电子枪
它们的束斑会更小
我们再来看一下扫描线圈
扫描线圈的作用是使电子束发生偏转
并且在样品表面上做有规则的扫动
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
因为他们是由同一个扫描发生器所控制的
这张图是给出了
电子束在样品表面进行扫描的两种方式
光栅扫描和角光栅扫描
进行形貌分析时
通常是要采用光栅扫描的方式
当电子束进入上偏转线圈时
方向发生了转折
随后又由下偏转线圈
使它的方向发生第二次转折
发生两次偏转的电子束
通过末级透镜的光心
射到样品的表面
在电子束偏转的同时
还带有一个逐行扫描的动作
电子束在上下偏转线圈的作用下
在样品表面扫描出方形区域
相应的在显像管的荧光屏上
也画出一帧比例图像
样品上各点受到电子束轰击时发生的信号
可由信号探测器接收
并通过显示系统
在显像管荧光屏上按强度描绘出来
如果电子束经过上偏转线圈转折后
未经过下偏转线圈发生改变
而是直接由末级透镜折射到入射点的位置
那么这种扫描方式称之为角光栅扫描
或者又叫为摇摆扫描
入射束被上偏转线圈转折的角度越大
则电子束在入射点上摆动的角度也就越大
在进行电子通道花样分析时
将会采用这种角光栅扫描的方式
我们再来看一下样品室
扫描电镜的样品室除了放置样品以外
还要安置各种信号的探测器
各种不同信号收集和相应检测器的安放位置
是有很大关系的
如果安置的不当
则有可能收不到信号
或者收到的信号也很弱
从而影响分析精度
样品台本身是一个复杂而精密的组件
它应该能够夹持一定尺寸的样品
并且能够使样品做平移倾斜和转动等运动
这样才会有利于
对样品上每一个特定的位置进行各种分析
在新式的扫描电子显微镜的样品室中
实际上就是一个微型的实验室
它可以带有很多附件
使得样品在样品台上进行加热冷却
并且可以进行力学性能实验
比如说原位的拉伸和疲劳等
我们再来看一下
信号收集处理和图像显示记录系统
二次电子背散射电子和透射电子的信号
都可以采用闪烁计数器来进行检测
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会产生可见光
可见光的信号通过光导管送入到光电倍增器中
光信号放大后即又转化成电流信号输出
电流信号经视频放大器放大后
就可成为调制信号
如前所述
由于镜筒中的电子数和显像管中的电子数
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就不相同
于是就可以在显像管上
看到一幅
反应样品各点状态的扫描电子显微图像
我们再来看一下真空系统
为了保证电子光学系统的正常工作
对镜筒的真空度是有一定的要求的
一般情况下
如果真空系统能够提供
1.33×10¯²到10¯³帕斯卡的真空度时
就可以防止样品的污染
如果真空度不足
除了样品被严重污染外
还会出现灯丝寿命下降
极间放电等问题
这张图是给出了日本电子的7001F
热场发射的扫描电子显微镜的外观图
好
我们这节课就介绍到这里
-1.1 晶体、空间点阵及晶体学参数
-1.2 倒易点阵
--布拉菲点阵
-1.3 晶体的宏观对称
--晶体的宏观对称
-1.4 晶体的微观对称
--晶体的微观对称
-1.5 倒易点阵
--倒易点阵
-1.6 倒易点阵的应用
--倒易点阵的应用
-1.7 晶体投影
--晶体投影
-1.8 晶体投影的应用
--晶体投影的应用
-1.9 单晶体标准投影图
--单晶体标准投影图
-1.9 单晶体标准投影图--作业
-2.1 X射线的产生
--X射线的产生
-2.2 X射线与物质的相互作用
-2.3 X射线的吸收限与滤波片
-2.4 连续X射线
--连续X射线
-2.5 特征X射线
--特征X射线
-2.5 特征X射线--作业
-3.1 一个电子对X射线的散射
-3.2 一个原子对X射线的散射
-3.3 简单晶体对X 射线的衍射
-3.4 复杂晶体对X射线的衍射
-3.5 爱瓦德作图法
--爱瓦德作图法
-3.5 爱瓦德作图法--作业
-4.1 粉末照相法
--粉末照相法
-4.2 多晶衍射仪
--多晶衍射仪
-4.3 多晶体衍射峰特征
--多晶体衍射峰特征
-4.4 多晶体衍射峰强度
--多晶体衍射峰强度
-4.5 多晶体花样分析
--多晶体花样分析
-4.5 多晶体花样分析--作业
-5.1 晶块尺寸与微观应力的宽化
-5.2 晶胞常数的精确确定
-5.3 宏观应力的测定
--宏观应力的测定
-5.4 织构的表征
--织构的表征
-5.5 织构的测定
--织构的测定
-5.6 织构分析
--织构分析
-5.7 物相定性分析
--物相定性分析
-5.8 物相定量分析
--物相定量分析
-5.8 物相定量分析--作业
-6.1 电子波与电磁透镜
--电子波与电磁透镜
-6.2 电磁透镜的像差与分辨率
-6.3 电磁透镜的景深和焦长
-6.3 电磁透镜的景深和焦长--作业
-7.1 透射电子显微镜的结构与成像原理
-7.2 透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理
-7.3 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定
-7.4 透射电子显微镜样品制备
-7.4 透射电子显微镜样品制备--作业
-8.1 概述
--概述
-8.2 电子衍射原理
--电子衍射原理
-8.3 晶带定律与零层倒易截面
-8.4 倒易阵点的扩展与偏移矢量
-8.5 倒易阵点与电子衍射图的关系
-8.6 衍射斑点指数化
--衍射斑点指数化
-8.7 选区电子衍射
--选区电子衍射
-8.8 单晶电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定--作业
-9.1 衍射衬度成像原理
--衍射衬度成像原理
-9.2 消光距离
--消光距离
-9.3 衍衬运动学
--衍衬运动学
-9.4 衍衬动力学简介
--衍衬动力学简介
-9.5 晶体缺陷分析
--晶体缺陷分析
-9.5 晶体缺陷分析--作业
-10.1 电子束与固体样品作用时产生的信号
-10.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理
-10.3 扫描电子显微镜的主要性能
-10.4 表面形貌衬度原理及其应用
-10.5 原子序数衬度原理及其应用
-10.6 电子探针仪的结构与工作原理
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用--作业
