掃描電鏡工作原理

電子束與樣品相互作用的深入解析

掃描電子顯微鏡（SEM）是一種先進(jìn)的儀器，用于觀察和分析材料表面的微觀結(jié)構(gòu)。該設(shè)備通過電子槍發(fā)射的電子束，經(jīng)過電磁透鏡的聚焦和加速，與樣品發(fā)生相互作用。這些相互作用包括多種散射過程，導(dǎo)致電子束的方向或能量發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生多種信號，如二次電子、背散射電子等，這些信號能夠揭示樣品的物理和化學(xué)特性。

電子束轟擊固體發(fā)生的各種信號及深度

電子與樣品的相互作用主要分為彈性散射和非彈性散射。彈性散射使得電子保持能量但改變方向，而非彈性散射則導(dǎo)致電子能量的損失。這些過程共同作用，形成了一個特定的區(qū)域，稱為相互作用區(qū)，其中電子束的能量被樣品吸收并轉(zhuǎn)化為可檢測的二次輻射。

不同加速電壓下，蒙德卡羅(Monte Carlo)電子軌跡模擬圖

相互作用區(qū)的大小可以通過實(shí)驗(yàn)觀察或使用蒙特卡洛模擬方法來確定。通常，電子束的能量越高，其穿透深度越大，相互作用區(qū)也相應(yīng)增大。此外，樣品的原子序數(shù)也會影響電子束的穿透能力，原子序數(shù)越大，電子束的散射角度越大，穿透深度越淺。金鑒實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)人員能夠根據(jù)不同材料的特性，優(yōu)化測試參數(shù)，以獲得最佳的測試結(jié)果。

同樣加速電壓下，不用材料，蒙德卡羅(Monte Carlo)電子軌跡模擬圖

掃描電鏡的工作原理

掃描電子顯微鏡的工作原理可以通過下圖來直觀理解。電子槍發(fā)射的細(xì)小電子束，在加速電壓的作用下，經(jīng)過聚光鏡和物鏡的聚焦，形成具有特定能量和直徑的入射電子束。

在物鏡上方的掃描線圈產(chǎn)生的磁場作用下，電子束按照預(yù)定的順序進(jìn)行掃描。樣品與入射電子束的相互作用激發(fā)出的信號被不同的檢測器收集，從而形成圖像。

掃描電子顯微精成像原理圖