sem原理 科学仪器扫描电镜SEM工作原理

透射电子显微镜原理

目前主流的透射电镜管由电子枪室、6 ~ 8级成像透镜和调查室组成。阴极灯丝在灯丝加热电流的作用下发射电子束，电子束在阳极加速高压的加速下高速下移。电子束通过第一聚光器和第二聚光器的会聚作用聚焦在样品上，穿过样品的电子束通过物镜、第一中心镜、第二中心镜和投影镜扩展，在荧光屏上形成图像。电子显微镜的总放大倍数是四级放大透镜放大倍数的乘积，因此透射电子显微镜具有更高的放大倍数。

扫描电子显微镜原理

扫描电子显微镜的设计思想和工作原理早在1935年就提出来了。1942年，英国首次制造出实验室用的扫描电子显微镜。但由于成像分辨率差，拍摄时间过长，实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，特别是随着电子工业技术的不断发展，1956年开始生产商用扫描电子显微镜。近几十年来，扫描电镜在生物、医学、冶金等学科中得到了广泛的应用，促进了相关学科的发展。

一、扫描电子显微镜的特点

与光学显微镜和透射电子显微镜相比，扫描电子显微镜具有以下特点:

可以直接考察样品外观的结构，样品的尺寸可以大到120毫米×80毫米×50毫米。

样品制备过程简单，不需要切片。

样品可以在样品室中在三度空之间平移和旋转，因此可以从各个角度研究样品。

景深大，图像富有立体感。扫描电子显微镜的景深比光学显微镜大几百倍，比透射电子显微镜大几十倍。

图像扩展尺度广，分辨率比较高。可以扩大十几倍到几十万倍，基本包括从放大镜、光学显微镜到透射电子显微镜的扩大尺度。分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，可达3纳米。

电子束对样品的损伤和污染较小。

在调查和描述中，从样品中公布的其他信号也可以用于微区成分分析。

二.扫描电镜的结构和工作原理

结构

1.镜头筒

镜筒包括电子枪、聚光器、物镜和扫描系统。效果是发射出一束很细的电子束，电子束在样品表面扫描，各种信号一起激发。

2.电子信号采集和处理系统

在样品室中，扫描电子束与样品相互作用后，会产生各种信号，包括二次电子、反向散射电子、x光、吸收电子、俄歇电子等。上述信号中，zui为一次二次电子，是入射电子激发的样品原子中的外层电子，在样品表面以下几nm到几十nm的区域内进行攻击，其攻击速率主要取决于样品的描述和组成。一般来说，扫描电子图像是指二次电子图像，它是研究样品形貌跟踪的有用电子信号。探测器探测二次电子的探头是一个点火器。当电子撞击到点火器时，1会爆发出光，光通过光导传输到光电倍增管。光信号会转换成电流信号，电流信号经过前置放大和视频放大转换成电压信号，再经过zui后送到显像管栅极。

3.电子信号的出现和记录系统

扫描电子显微镜的图像显示在阴极射线管上，并由照相机记录下来。有两个显像管，一个用于调查，分辨率低，余辉长；另一种是短余辉管，用于摄影记录，分辨率高。

4.True 空系统和电源系统

SEM的真空系统由机械泵和油分散泵组成，其作用是使镜筒内的真空度为10-4 ~ 10-5托。电源系统提供每个组件所需的特定电源。

工作原理

从电子枪阴极宣布的直径为20微米~ 30微米的电子束，受到阴极和阳极间加速电压的作用，射向透镜镜筒，通过聚光镜和物镜的会聚效应，缩小为直径约几纳米的电子探针。在物镜上部扫描线圈的作用下，电子探针对样品外表面进行光栅扫描，激发各种电信号。这些电信号由相应的检测器检测，放大并转换成电压信号，经整流后送到显像管栅极，调制显像管的亮度。显像管中的电子束也在屏幕上以光栅形状扫描，这种扫描运动与电子束在样品表面的扫描运动严格同步，从而获得与接收信号强度相对应的对比度的扫描电子图像，它反映了样品表面的跟踪特性。第二节扫描电镜生物样品的制备技术大多数生物样品含有水分，比较柔软，因此在扫描电镜调查前应对样品进行相应的处理。制备扫描电镜样品的主要要求是样品的外部结构应尽可能保持完好，无变形和污染，样品应干燥并具有优异的导电性。

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