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掃描電鏡（Scanning Electron Microscope, SEM）是一種利用電子束掃描樣品表面并通過檢測二次電子、背散射電子等信號來生成樣品表面形貌的高分辨率顯微鏡。其工作原理和成像方式可以分為幾個關鍵步驟：

1. 電子束的生成和聚焦

電子槍： SEM中的電子束通常由一個電子槍生成，常見的電子槍類型是場發射槍（Field Emission Gun, FEG）和鎢絲陰極。電子槍會加速電子并通過電磁透鏡聚焦成一個非常細的束流（通常只有幾納米至幾微米的直徑）。

加速電壓： 電子束的能量由加速電壓決定，通常范圍從1 kV到30 kV之間。較高的加速電壓可以獲得更深的樣品穿透能力和更高的分辨率，但也可能引起樣品損傷。

2. 電子束的掃描

掃描方式： 電子束在樣品表面進行點掃描，即按掃描線逐點掃描，每掃描一次生成一個圖像的像素。掃描過程是通過快速水平和垂直的電子束偏轉系統完成的。

掃描的軌跡： 電子束在樣品表面按照“逐行掃描”的方式移動。每一行完成后，電子束會快速回到開始位置，繼續掃描下一行。

3. 與樣品的相互作用

電子束與樣品表面相互作用時，會發生幾種主要的物理現象：

二次電子發射： 當電子束撞擊樣品表面時，樣品表面原子被激發并發射出低能量的二次電子。二次電子主要攜帶樣品表面的形貌信息，因此它們是SEM圖像的主要信號來源。

背散射電子： 高能電子在樣品內部與原子核相互作用時，會發生彈性散射，并被反射回電子探測器。背散射電子的數量與樣品的元素組成、密度及厚度有關，通常用于獲得樣品的化學成分或密度信息。

X射線發射： 在電子束轟擊過程中，樣品內部的原子也可能發生能量躍遷并釋放出特定波長的X射線。這些X射線可以用于元素分析（如能量色散X射線光譜分析，EDS）。

4. 信號的探測

為了生成圖像，SEM利用各種探測器收集不同類型的信號。常見的探測器包括：

二次電子探測器（SE detector）： 捕捉由電子束與樣品表面相互作用產生的二次電子。二次電子的探測通常用于高分辨率的表面形貌成像。

背散射電子探測器（BSE detector）： 用于捕捉反射回來的高能背散射電子，適用于獲得樣品的元素對比、密度信息或獲得更大的景深。

X射線探測器： 用于能譜分析，通過測量X射線的能量來確定樣品的元素組成。

5. 圖像的生成

掃描和數據采集： 電子束逐點掃描樣品，每個掃描點會檢測到一定數量的二次電子或背散射電子。計算機會將這些電子的數量轉化為灰度值，并通過一系列掃描過程生成圖像。

圖像處理： SEM圖像一般是以灰度圖的形式呈現，二次電子圖像通常用于表面形貌成像，而背散射電子圖像可通過元素對比（重元素反射較多電子）來呈現不同材料區域的對比。

6. 成像方式

SEM的成像方式主要基于信號的類型和用途，常見的成像方式包括：

二次電子成像（SEI, Secondary Electron Imaging）： 用于顯示表面形貌和細節。二次電子探測器提供的是表面高分辨率的信息，因此適用于細節觀察，如微觀結構、裂紋、粒子邊界等。

背散射電子成像（BSE, Backscattered Electron Imaging）： 用于顯示樣品的相對元素組成和對比度。重元素和高密度區域通常會散射更多的電子，因此它們顯示為圖像中的亮區域，而輕元素則顯示為暗區域。這種成像方式能夠提供樣品組成的空間分布。

X射線成像（EDS, Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy）： 用于進行元素分析，通過測量X射線的能量譜來獲取樣品的元素組成。這種成像方式常與其他成像方式結合使用，獲取更多的化學信息。

掃描透射電子顯微鏡成像（STEM, Scanning Transmission Electron Microscopy）： 在某些高分辨率的SEM中，電子束不僅在表面掃描，還通過樣品進行透射，從而獲得更高的空間分辨率和更深入的成像信息。

7. 高分辨率和景深

分辨率： SEM的分辨率通常可以達到亞納米級（0.1-1納米），具體分辨率依賴于電子束的能量、掃描速度以及探測器的靈敏度。

景深： 由于電子束掃描的是樣品表面，SEM具有較高的景深，這意味著即使樣品表面有一定的高度變化，圖像的不同部分仍然能夠保持清晰。這是SEM的一個顯著優勢，尤其是在表面形貌的觀察上。

以上就是澤攸科技小編分享的掃描電鏡探針掃描的工作原理與成像方式。更多掃描電鏡產品及價格請咨詢