掃描電鏡的成像原理及附件能譜儀

　　掃描電鏡由電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束，在加速電壓的作用下，經(jīng)過磁透鏡系統(tǒng)匯聚，形成直徑為5nm，經(jīng)過二至三個(gè)電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚成一個(gè)細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。

　　由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等。這些信號(hào)被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于經(jīng)過掃描線圈上的電流是與顯像管相應(yīng)的亮度一一對(duì)應(yīng)，也就是說，電子束打到樣品上一點(diǎn)時(shí)，在顯像管熒光屏上就出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。

　　掃描電鏡就是這樣采用逐點(diǎn)成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序，成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，完成一幀圖像，從而使我們?cè)跓晒馄辽嫌^察到樣品表面的各種特征圖像。

　　1　掃描電鏡襯度像

　　1.1二次電子像

　　在入射電子束作用下被轟擊出來(lái)并離開樣品表面的核外電子叫做二次電子。這是一種真空中的自由電子。二次電子一般都是在表層5~10nm深度范圍內(nèi)發(fā)射出來(lái)的，它對(duì)樣品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地顯示樣品的表面形貌。二次電子的產(chǎn)額和原子序數(shù)之間沒有明顯的依賴關(guān)系，所以不能用它來(lái)進(jìn)行成分分析。

　　1.2背散射電子像

　　背散射電子是被固體樣品中的原子核反彈回來(lái)的一部分入射電子，背散射電子來(lái)自樣品表層幾百納米的深度范圍。由于它的產(chǎn)能隨樣品原子序數(shù)增大而增多，所以不僅能用作形貌分析，而且可以用來(lái)顯示原子序數(shù)襯度，定性地用作成分分析。

　　背散射電子信號(hào)強(qiáng)度要比二次電子低的多，所以粗糙表面的原子序數(shù)襯度往往被形貌襯度所掩蓋。

　　2　掃描電鏡的附件

　　掃描電鏡一般都配有波譜儀或者能譜儀。波譜儀和能譜儀是不能互相取代的，只能是互相補(bǔ)充。

　　波譜儀是利用布拉格方程2dsinθ=λ，從試樣激發(fā)出了X射線經(jīng)適當(dāng)?shù)木w分光，波長(zhǎng)不同的特征X射線將有不同的衍射角2θ。波譜儀是微區(qū)成分分析的有力工具。波譜儀的波長(zhǎng)分辨率是很高的，但是由于X射線的利用率很低，所以它使用范圍有限。

　　能譜儀是利用X光量子的能量不同來(lái)進(jìn)行元素分析的方法，對(duì)于某一種元素的X光量子從主量子數(shù)為n1的層躍遷到主量子數(shù)為n2的層上時(shí)，有特定的能量ΔE=En1-En2。能譜儀的分辨率高，分析速度快，但分辨本領(lǐng)差，經(jīng)常有譜線重疊現(xiàn)象，而且對(duì)于低含量的元素分析準(zhǔn)確度很差。

　　能譜儀與波譜儀相比的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　(1)能譜儀探測(cè)X射線的效率高。

　　(2)能譜儀的結(jié)構(gòu)比波譜儀簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械傳動(dòng)部分，因此穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好。

　　(3)能譜儀不必聚焦，因此對(duì)樣品表面沒有特殊要求。

　　但是能譜儀的分辨率比波譜儀低;能譜儀的探頭必須保持在低溫狀態(tài)，因此必須時(shí)時(shí)用液氮冷卻。