掃描電鏡如何獲取圖像？
日期：2025-02-13
掃描電鏡（SEM）通過掃描樣品表面并收集反射的電子信號來獲取圖像。其基本原理是利用電子束與樣品的相互作用，形成不同的信號并將其轉換為圖像。以下是掃描電鏡獲取圖像的主要過程：
1. 電子束的生成
掃描電鏡的核心部分是一個電子槍（通常是場發射槍或熱發射槍），它發射高速電子束。
這些電子束加速后進入樣品表面進行掃描。
2. 電子束與樣品的相互作用
當電子束與樣品表面相撞時，它們會與樣品的原子發生多種相互作用，主要產生以下幾種信號：二次電子（SE）：這些電子是由于電子束與樣品表面原子相互作用而釋放出來的。二次電子的數量與表面結構和形態密切相關，因此非常適合用于表面成像。
背散射電子（BSE）：這些電子是入射電子與樣品原子發生彈性散射后的反射電子。背散射電子可以提供樣品的組成信息，因為它們與樣品的原子序數（Z）成正比。
X射線：高能電子束與樣品相互作用時，也可以引發樣品發射X射線，這可以用來分析樣品的元素組成（通過能譜分析）。
二次輻射：除了電子外，樣品還可能發射光或其他輻射。
3. 信號的收集
掃描電鏡配有多個探測器來收集不同的信號：二次電子探測器：通常位于樣品表面附近，用來檢測二次電子。這些電子提供樣品表面細節的高分辨率信息。
背散射電子探測器：位于樣品上方，用于收集背散射電子，幫助獲得樣品的成分對比圖像。
X射線能譜探測器（EDX）：通過收集樣品發射的X射線，分析樣品的元素組成。
4. 圖像的形成
掃描電鏡中的電子束按線掃描的方式逐行掃描樣品表面。掃描的每個點都會產生電子信號（如二次電子或背散射電子），這些信號會被探測器捕捉并轉換成電子信號。
這些信號的強度被轉換成圖像的灰度值，信號強度較高的區域顯示為亮，較低的區域顯示為暗。通過掃描樣品表面，形成連續的二維圖像。
由于掃描電鏡可以在非常小的尺度上對樣品進行掃描，因此能夠獲取到高分辨率的圖像，通常可以達到納米級別的分辨率。
5. 圖像顯示
計算機將接收到的信號處理并生成圖像。圖像的清晰度和細節取決于電子束的束斑尺寸、探測器的靈敏度、掃描速度以及樣品的特性（如表面結構、成分等）。
一般來說，掃描電鏡的分辨率可以達到納米級別，適用于觀察樣品表面的微觀結構。
6. 圖像類型
二次電子圖像（SEI）：用于觀察樣品的表面形態，能夠顯示出很細微的表面細節，適合高分辨率的表面成像。
背散射電子圖像（BSEI）：主要用于觀察樣品的元素組成對比和粗糙度，能夠提供樣品的內部信息（如高原子序數材料和低原子序數材料的對比）。
X射線圖譜：用于分析元素的組成和分布，通常配合能譜分析（EDX）或波長色散X射線譜（WDX）技術使用。
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作者：澤攸科技