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扫描电子显微镜的原理与应用

【摘要】:扫描电子显微镜简称扫描电镜,是利用聚焦电子束在样品表面扫描时,激发的某些物理信号来调制一个同步扫描的显像管在相应位置的亮度而成像的一种显微镜。目前钨灯丝扫描电镜的分辨率已经超过3 nm,而场发射扫描电镜的分辨率可达到5。图3-4为扫描电子显微镜的实物。

扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)简称扫描电镜,是利用聚焦电子束在样品表面扫描时,激发的某些物理信号(主要为二次电子和背散射电子)来调制一个同步扫描的显像管在相应位置的亮度而成像的一种显微镜。它是观察样品微区形貌和结构的有力工具,而且可与其他分析仪器(如能谱仪、波谱仪)相结合,满足表面微区形貌、组织结构和化学成分三位一体同位分析的需要,已经在冶金地质、矿物、半导体、医学、生物学、材料学等领域得到了广泛的应用。随着制造技术的发展和进步,扫描电镜的分辨率已经从最初的几十纳米提高到了今天的1 nm以下,因此它在纳米材料领域有着更为广泛的应用。

扫描电镜的原理是德国人M.Knoll在1935年提出的;1938年,M.V.Ardenne在一台透射电镜上加装了扫描线圈,试制了第一台扫描透射显微镜;1942年,V.K.Zworykin等试制了第一台用于检验厚样品的扫描电镜;1953年以后,剑桥大学的C.W.Oatly等人对扫描电镜的发展做出了很大的贡献;1965年,世界上第一台商品扫描电镜由英国剑桥仪器公司完成了设计和组装,当时的分辨率达到了25 nm。从此以后,世界各国的许多仪器公司又对扫描电镜做了不少积极的改进和发展,特别是与计算机图像处理技术的结合,使得扫描电镜不仅能够获得高分辨率的图像,而且能方便、直观地观察和处理图像。目前钨灯丝扫描电镜的分辨率已经超过3 nm,而场发射扫描电镜的分辨率可达到5Å。图3-4为扫描电子显微镜的实物。

图3-4 扫描电子显微镜

图3-5 SEM工作原理