扫描电子显微镜的基本原理和结构

下图为扫描电子显微镜的原理结构示意图。

由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成

为直径为

50mm

的电光源。

在

2-30KV

的加速电压下，

经过

2-3

个电磁透镜所组成的电子光学系统，

电子束会聚成孔径角较小，束斑为

5-10m m

的电子束，并在试样表面聚焦。

末级透镜上边装有

扫描线圈，

在它的作用下，

电子束在试样表面扫描。

高能电子束与样品物质相互作用产生二次电

子，背反射电子，

X

射线等信号。这些信号分别被不同的接收器接收，经放大后用来调制荧光屏

的亮度。

由于经过扫描线圈上的电流与显象管相应偏转线圈上的电流同步，

因此，

试样表面任意

点发射的信号与显象管荧光屏上相应的亮点一一对应。

也就是说，

电子束打到试样上一点时，

在

荧光屏上就有一亮点与之对应，

其亮度与激发后的电子能量成正比。

换言之，

扫描电镜是采用逐

点成像的图像分解法进行的。

光点成像的顺序是从左上方开始到右下方，

直到最後一行右下方的

像元扫描完毕就算完成一帧图像。这种扫描方式叫做光栅扫描。

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。

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。

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。