SEM扫描电镜是如何工作的？

扫描电镜的工作原理主要基于电子与物质的相互作用。以下是SEM扫描电镜的详细工作原理：

一、基本原理

扫描电镜利用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样可以是块状或粉末颗粒，成像信号主要包括二次电子、背散射电子或吸收电子等，其中二次电子是*主要的成像信号。SEM扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似，逐点逐行扫描，通过收集和处理这些信号来形成反映样品表面特征的图像。

二、详细工作流程

电子束的产生与聚焦：

由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2～3个电子透镜聚焦后，形成具有一定能量、束流强度和束斑直径的微细电子束。

这些电子束被扫描线圈驱动，在样品表面按一定时间和空间顺序进行栅网式扫描。

电子束与样品的相互作用：

当电子束轰击样品表面时，会与样品中的原子发生相互作用，激发出各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、俄歇电子、阴极荧光和特征X射线等。

二次电子是入射电子所激发的样品原子外层电子，能量较低，仅在样品表面附近几个纳米深度以内才有电子从表面逃逸。因此，它对试样表面的状态非常敏感，主要用于扫描电镜下试样表面形貌的观察。

信号的收集与处理：

这些由电子束与样品相互作用产生的信号被相应的收集器接受，经过放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管的栅极上。

显像管的电子束强度被这些信号调制，即显像管荧光屏上的亮度变化反映了样品表面的信息。

图像的形成与显示：

由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。

因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。在荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面，如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。

三、系统组成

SEM扫描电镜主要由以下几个系统组成：

电子光学系统：包括电子枪、聚光镜、物镜和扫描线圈等，负责产生和聚焦电子束，并在样品表面进行扫描。

信号收集处理系统：负责收集由电子束与样品相互作用产生的各种信号，并进行处理以转换为图像信息。

图像显示和记录系统：将处理后的信号转换为图像信息，通过显示设备显示出来，并可以通过记录设备进行保存。

真空系统：维持镜筒内的高真空度，以避免电子束与空气中的分子发生碰撞，影响成像质量。

电源及控制系统：为扫描电镜的各个部分提供所需的电源，并控制其运行。

综上所述，SEM扫描电镜通过复杂的结构和精密的工作原理，能够实现对样品表面的高分辨率成像和组成分析，为材料科学、生物学等领域的研究提供了有力的工具。