掃描電子顯微鏡主要是觀察物體的表面形貌,能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu),也可以從各種角度對樣品進行觀察,樣品制備過程簡單。掃描電子顯微鏡有普通電子顯微鏡、分析型掃描電子顯微鏡和場發(fā)射槍掃描電子顯微鏡。
掃描電鏡作為商品出現(xiàn)則較晚,早在1935年,Kn-oll在設(shè)計透射電鏡的同時,就提出了掃描電鏡的原理及設(shè)計思想。1940年英國劍橋大學(xué)首次試制成功掃描電鏡。但由于分辨率很差、照相時間過長,因此沒有立即進入實用階段,至1965年英國劍橋科學(xué)儀器有限公司開始生產(chǎn)商品掃描電鏡。20世紀80年代后掃描電鏡的制造技術(shù)和成像性能提高很快,目前高分辨型掃描電鏡(如日立公司的S-5000型)使用冷場發(fā)射電子槍,分辨率已達0.6nm,放大率達80萬倍。
1.鏡筒
鏡筒包括電子槍、聚光鏡、物鏡及掃描系統(tǒng)。其作用是產(chǎn)生很細的電子束(直徑約幾個nm),并且使該電子束在樣品表面掃描,同時激發(fā)出各種信號。
2.電子信號的收集與處理系統(tǒng)
在樣品室中,掃描電子束與樣品發(fā)生相互作用后產(chǎn)生多種信號,其中包括二次電子、背散射電子、X射線、吸收電子、俄歇(Auger)電子等。在上述信號中,最主要的是二次電子,它是被入射電子所激發(fā)出來的樣品原子中的外層電子,產(chǎn)生于樣品表面以下幾nm至幾十nm的區(qū)域,其產(chǎn)生率主要取決于樣品的形貌和成分。通常所說的掃描電鏡像指的就是二次電子像,它是研究樣品表面形貌的最有用的電子信號。檢測二次電子的檢測器(圖15(2)的探頭是一個閃爍體,當電子打到閃爍體上時,1就在其中產(chǎn)生光,這種光被光導(dǎo)管傳送到光電倍增管,光信號即被轉(zhuǎn)變成電流信號,再經(jīng)前置放大及視頻放大,電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號,最后被送到顯像管的柵極。
3.電子信號的顯示與記錄系統(tǒng)
掃描電鏡的圖象顯示在陰極射線管(顯像管)上,并由照相機拍照記錄。顯像管有兩個,一個用來觀察,分辨率較低,是長余輝的管子;另一個用來照相記錄,分辨率較高,是短余輝的管子。
4.真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)