臺式掃描電鏡(SEM)掃描電子顯微鏡由三大部分組成：真空系統(tǒng)，電子束系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)。以下提到掃描電子顯微鏡之處，均用SEM代替。臺式掃描電子顯微鏡是一種大型精密儀器，它是機械學、光學、電子學、熱學、材料學、真空技術(shù)等多門學科的綜合應(yīng)用。請看小編下面的介紹吧

SS-150臺式掃描電子顯微鏡

        一、真空系統(tǒng)

        真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個密封的柱形容器。真空泵用來在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。有機械泵、油擴散泵以及渦輪分子泵三大類，機械泵加油擴散泵的組合可以滿足配置鎢槍的SEM的真空要求，但對于裝置了場致發(fā)射槍或六硼化鑭槍的SEM，則需要機械泵加渦輪分子泵的組合。成像系統(tǒng)和電子束系統(tǒng)均內(nèi)置在真空柱中。真空柱底端即為右圖所示的密封室，用于放置樣品。之所以要用真空，主要基于以下兩點原因：電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM時需要用真空以外，平時還需要以純氮氣或惰性氣體充滿整個真空柱。為了增大電子的平均自由程，從而使得用于成像的電子更多。

        二、電子束系統(tǒng)　　

        電子束系統(tǒng)由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用于產(chǎn)生一束能量分布極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成像。

        電子槍

        電子槍用于產(chǎn)生電子，主要有兩大類，共三種。

        一類是利用場發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生電子，稱為場發(fā)射電子槍。這種電子槍極其昂貴，在十萬美元以上，且需要小于10-10torr的極高真空。但它具有至少1000小時以上的壽命，且不需要電磁透鏡系統(tǒng)。另一類則是利用熱發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生電子，有鎢槍和六硼化鑭槍兩種。鎢槍壽命在30～100小時之間，價格便宜，但成像不如其他兩種明亮，常作為廉價或標準SEM配置。六硼化鑭槍壽命介于場致發(fā)射電子槍與鎢槍之間，為200～1000小時，價格約為鎢槍的十倍，圖像比鎢槍明亮5～10倍，需要略高于鎢槍的真空，一般在10-7torr以上；但比鎢槍容易產(chǎn)生過度飽和和熱激發(fā)問題。

        電磁透鏡

        熱發(fā)射電子需要電磁透鏡來成束，所以在用熱發(fā)射電子槍的SEM上，電磁透鏡必不可少。通常會裝配兩組：匯聚透鏡：顧名思義，匯聚透鏡用匯聚電子束，裝配在真空柱中，位于電子槍之下。通常不止一個，并有一組匯聚光圈與之相配。但匯聚透鏡僅僅用于匯聚電子束，與成像會焦無關(guān)。物鏡：物鏡為真空柱中最下方的一個電磁透鏡，它負責將電子束的焦點匯聚到樣品表面。

        三、成像系統(tǒng)　　

        電子經(jīng)過一系列電磁透鏡成束后，打到樣品上與樣品相互作用，會產(chǎn)生次級電子、背散射電子、歐革電子以及X射線等一系列信號。所以需要不同的探測器譬如次級電子探測器、X射線能譜分析儀等來區(qū)分這些信號以獲得所需要的信息。雖然X射線信號不能用于成像，但習慣上，仍然將X射線分析系統(tǒng)劃分到成像系統(tǒng)中。有些探測器造價昂貴，比如Robinsons式背散射電子探測器，這時，可以使用次級電子探測器代替，但需要設(shè)定一個偏壓電場以篩除次級電子。

        放大率

        與普通光學顯微鏡不同，在掃描電鏡SEM中，是通過控制掃描區(qū)域的大小來控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要掃描更小的一塊面積就可以了。放大率由屏幕/照片面積除以掃描面積得到。

所以，SEM中，透鏡與放大率無關(guān)。

        場深

        在SEM中，位于焦平面上下的一小層區(qū)域內(nèi)的樣品點都可以得到良好的會焦而成象。這一小層的厚度稱為場深，通常為幾納米厚，所以，SEM可以用于納米級樣品的三維成像。

        作用體積

        電子束不僅僅與樣品表層原子發(fā)生作用，它實際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個作用“體積”。作用體積的厚度因信號的不同而不同：

        歐革電子：0.5～2納米。

        次級電子：5λ，對于導體，λ=1納米；對于絕緣體，λ=10納米。

        背散射電子：10倍于次級電子。

        特征X射線：微米級。

        X射線連續(xù)譜：略大于特征X射線，也在微米級。

        工作距離

        工作距離指從物鏡到樣品最高點的垂直距離。

        如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場深。

        如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。

        5毫米到10毫米之間。

        成象

        次級電子和背散射電子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次級電子。

        表面分析

        歐革電子、特征X射線、背散射電子的產(chǎn)生過程均與樣品原子性質(zhì)有關(guān)，所以可以用于成分分析。但由于電子束只能穿透樣品表面很淺的一層（參見作用體積），所以只能用于表面分析。表面分析以特征X射線分析最常用，所用到的探測器有兩種：能譜分析儀與波譜分析儀。前者速度快但精度不高，后者非常精確，可以檢測到“痕跡元素”的存在但耗時太長。

        以上介紹的是臺式掃描電鏡SEM的組成結(jié)構(gòu)，了解其組成結(jié)構(gòu)有利于我們更加合理的使用掃描電鏡，從而延長掃描電鏡的使用壽命及提高操作的精確度。目前臺式掃描電鏡被廣泛用于材料科學、冶金、生物學、醫(yī)學、半導體材料與器件、地質(zhì)勘探、病蟲害的防治、災(zāi)害鑒定、寶石鑒定、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量鑒定及生產(chǎn)工藝控制等。