扫描电镜的主要结构主要包括有电子光学系统
扫描电镜的结构及原理
扫描电镜的结构及原理一、简介1特点：扫描电子显微镜主要特点是电子束在样品上进行逐点扫描，获得三维立体图像，图像观察视野大、景深长、富有立体感。
在观察样品表面形貌的同时，进行晶体学分析及成分分析。
常规的扫描电镜分辨本领通常为7～10nm,加速电压在1～50 kV范围。
生物样品一般用10～20kV,成像放大率几十倍至几十万倍。
2用途：扫描电镜可对样品进行综合分析，已成为重要分析工具，纤维、纸张、钢铁质量等，观察矿石结构、检测催化剂微观结构、观看癌细胞与正常细胞差异等。
3日本日立公司产品S-5200型为超高分辨率（ultra-highresolutio n）扫描电镜，加速电压为1k V时，分辨率可达1.8nm,加速电压为30kV时，分辨率高达0.5nm。
此外，还具有独特的电子信号探测系统，不但能观察样品三维形态结构甚至能看到样品的原子或分子结构，在使用性能方面已超越任何一种常规扫描电镜。
二、扫描电镜的结构扫描电镜的组成:（1）、电子光学系统：组成：①电子枪与透镜系统；②电子探针扫描偏转系统作用：产生直径为几十埃的扫描电子束，即电子探针，使样品表面作光栅状扫描。
①电子枪组成：阴极、阳极、栅极。
直径约为0.1mm钨丝制成，加热后发射的电子在栅极和阳极作用下，在阳极孔附近形成交叉点光斑，其直径约几十微米。
扫描电镜没有成像电镜，成像原理与透射电镜截然不同。
所有透镜皆为缩小透镜，起缩小光斑的作用。
缩小透几十镜将电子枪发射的直径约为30μm电子束缩小成几十埃，由两个聚光镜和一个末透镜完成三个透镜的总缩小率为2000～3000倍。
两个聚光镜分别是第一聚光镜和第二聚光镜，可将在阳极孔附近形成的交叉点缩小。
聚光镜可动光阑位于第二聚光镜和物镜之间，用于控制选区衍射时电子书的发散角。
无机材料测试基础习题与答案
无机材料测试基础1.产生X射线的条件：①产生自由电子②使电子作定向高速运动③在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速2.X射线的性质：沿直线传播；经过电场或磁场不发生偏转；具有很强的穿透力；通过物质时可以被吸收使其强度衰减，还能杀伤生物细胞，具有波粒二象性。
3.连续X射线谱产生机理：当高速电子流轰击阳极表面时，电子运动突然受到阻击，产生极大的负加速度，一个带有负电荷的电子在受到这样一种加速度时，电子周围的电磁场发生急剧的变化，必然要产生一个电磁波，该电磁波具有一定的波长，而数量极大的电子流射到阳极靶上时，由于到达靶面上的时间和被减速的情况各不相同，因此产生的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。
4.特征X射线谱产生机理：当X射线管电压加大到某一临界值V K时高速运动的电子动能足以将阳极物质原子的K层电子给激发出来。
于是在低能级上出现空位，原子系统能量升高，处于不稳定状态，随后高能级电子跃迁到K层空位，使原子系统能量降低重新趋于稳定，在这个过程中，原子系统内电子从高能级向低能级的这种跃迁，多余的能量将以光子的形式辐射出特征X射线。
5.请按波长由短到长的顺序对X射线，可见光，红外线，紫外线进行排练：X射线<紫外线<可见光<红外线。
6.X射线本质上是一种电磁波。
7.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。
8.相对于波长而言，障碍物的尺寸越大，衍射现象越不明显。
9.系统消光包括点阵消光和结构消光。
10.X射线衍射分析时，晶胞的形状和尺寸与衍射线的分布规律有关；原子的种类及其在晶胞中的位置与衍射线的强度有关。
11.X射线衍射分析时，衍射线的低角度线和高角度线中比较重要的是低角度线，强线和弱线更重要的是强线。
12.在扫描电镜中，可以利用会聚透镜和电磁透镜两种透镜对电子进行会聚。
13.在波谱仪和能谱仪中，能同时测量所有元素的是能谱仪，定量分析准确度高的是波谱仪。
14.扫描电镜的二次电子像和背散射电子像中，分辨率较高的是二次电子像，形成原序数衬度的是背散射电子像。
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束与样品相互作用来获取样品表面形貌和成份信息。
它在材料科学、生物科学、纳米科学等领域具有广泛的应用。
一、扫描电镜的基本原理扫描电镜主要由电子光学系统、扫描系统和检测系统三部份组成。
1. 电子光学系统电子光学系统是扫描电镜的核心部份，它由电子枪、准直系统和透镜系统组成。
电子枪产生高能电子束，准直系统用于将电子束聚焦成细束，透镜系统用于将聚焦的电子束聚焦到样品表面。
2. 扫描系统扫描系统由扫描线圈和样品台组成。
扫描线圈通过控制电子束的扫描轨迹，使其在样品表面上进行扫描。
样品台用于支撑和定位样品。
3. 检测系统检测系统用于探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图象。
常用的检测器包括二次电子检测器和反射电子检测器。
二、扫描电镜的工作过程扫描电镜的工作过程可以分为样品制备、样品加载、参数设置、扫描和图象获取等步骤。
1. 样品制备样品制备是扫描电镜观察的前提，样品需要具备一定的导电性和稳定性。
常用的样品制备方法包括金属镀膜、碳膜覆盖、冷冻断裂、离子切割等。
2. 样品加载样品加载是将待观察的样品放置在样品台上，并通过样品夹具或者导电胶固定。
加载过程需要注意避免样品表面的污染和损伤。
3. 参数设置在进行观察之前，需要设置扫描电镜的工作参数，包括加速电压、放大倍数、扫描速度等。
这些参数的选择会影响到观察的分辨率和深度。
4. 扫描和图象获取设置好参数后，开始进行扫描和图象获取。
电子束在样品表面进行扫描，扫描线圈控制电子束的挪移轨迹。
同时，检测器会探测样品表面反射、散射的电子信号，并将其转化为图象。
三、扫描电镜的应用领域扫描电镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学扫描电镜可以用于材料表面形貌的观察和分析，例如金属的晶体结构、陶瓷的微观结构等。
同时，扫描电镜还可以用于材料成份的分析，通过能谱仪可以获取样品的元素组成信息。
扫描电镜知识汇总
扫描电镜（SEM）超全知识汇总真空技术扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。
如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。
▲图1. 扫描电子显微镜特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。
基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。
通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。
有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。
3、真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
真空柱是一个密封的柱形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨灯丝枪的扫描电镜的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧及六硼化铈枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。
扫描电镜对比以及扫描电镜基础知识点-科邦实验室
扫描电镜对比以及扫描电镜基础知识点扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。
如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。
一、特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。
二、基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
图2：扫描电子显微镜结构图（图片来源：西南石油大学能源材料实验教学中心）其中最重要的三个系统是电子光学系统、信号探测处理和显示系统以及真空系统。
1、电子光学系统电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室等，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成象。
电子枪：用于产生电子，主要分类如下：电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。
通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。
样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。
有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。
简述扫描电子显微镜(SEM)
简述扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。
扫描电镜的结构主要包括：
1.真空系统和光源系统；
2.电子光学系统——电子强、电磁透镜、扫描线圈、样品室；
3.信号放大系统。
扫描电镜的优点是：
1.有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；
2.有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；
3.试样制备简单。
扫描电镜的应用范围是：
1.生物——种子、花粉、细菌……
2.医学——血球、病毒……
3.动物——大肠、绒毛、细胞、纤维……
4.材料——陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂……
5.化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察……）电子材料等。
主流厂家：
美国FEI（赛默飞）——Apreo SEM扫描电镜
德国蔡司——EVO MA 25/LS 25
日本日立——TM4000、SU8220，SU8230，SU8240日本电子——JSM-7900F 热场发射扫描电子显微镜捷克TESCAN——S8000系列
韩国COXEN——CX-200系列
中科院KYKY——KYKY-2800系列。
2扫描电镜_带思考题
式中ν 为元素的特征X 射线频率，Z为原子序数， K与σ 均为常数，C为光速。当σ ≈1时， λ 与Z的关系式可写成: 由式可知，组成试样的元素(对应的原子序数Z) 与它产生的特征X 射线波长(λ )有单值关系，即每 一种元素都有一个特定波长的特征X射线与之相对 应， 它不随入射电子的能量而变化。如果用X 射 线波谱仪测量电子激发试样所产生的特征X 射线波 长的种类，即可确定试样中所存在元素的种类，这 就是定性分析的基本原理。
ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背 散射电子成分像，1000×
ZrO2-Al2O3-SiO2系 耐火材料的背散射 电子像。由于ZrO2 相平均原子序数远 高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色 相为斜锆石，小的 白色粒状斜锆石与 灰色莫来石混合区 为莫来石－斜锆石 共析体，基体灰色 相为莫来石。
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4. 不损坏试样、分析速度快
现在电子探针均与计算机联机，可以连续自 动进行多种方法分析，并自动进行数据处理和数 据分析，对含10个元素以下的试样定性、定量分 析，新型电子探针在30min左右可以完成，如果 用EDS 进行定性、定量分析，几分种即可完成。 对表面不平的大试样进行元素面分析时，还可以 自动聚焦分析。 电子探针分析过程中一般不损坏试样，试样 分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分 析测试，这对于文物、古陶瓷、古硬币及犯罪证 据等的稀有试样分析尤为重要。
2. 元素分析范围广
电子探针所分析的元素范围一般从硼 (B)——铀(Ｕ)，因为电子探针成份分析是利 用元素的特征X 射线，而氢和氦原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进 行电子探针成分分析。锂(Li)和铍(Be)虽然能 产生X 射线，但产生的特征X 射线波长太长， 通常无法进行检测，少数电子探针用大面间 距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元 素。能谱仪的元素分析范围现在也和波谱相 同，分析元素范围从硼(B)——铀(Ｕ)
扫描电镜工作原理
扫描电镜工作原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种常用的高分辨率显微镜，通过利用电子束与样品的相互作用来获取样品表面的形貌和成分信息。
其工作原理基于电子光学和电子物理的原理。
一、电子光学系统扫描电镜的电子光学系统由电子源、透镜系统和检测系统组成。
1. 电子源扫描电镜的电子源通常采用热阴极电子枪，通过加热阴极产生热电子。
热电子经过加速电压加速形成高速电子束。
2. 透镜系统透镜系统由几个磁透镜组成，包括聚焦透镜和扫描透镜。
聚焦透镜用于将电子束聚焦到极小的尺寸，提高分辨率。
扫描透镜用于控制电子束在样品表面的扫描。
3. 检测系统检测系统用于测量电子束与样品相互作用后的信号。
常用的检测器有二次电子检测器和反射电子检测器。
二次电子检测器用于观察样品表面形貌，反射电子检测器用于获得样品的成分信息。
二、扫描控制系统扫描控制系统由扫描线圈和扫描发生器组成。
扫描线圈用于控制电子束在样品表面的扫描范围和速度。
扫描发生器则产生扫描信号，控制电子束的扫描。
三、样品准备在进行扫描电镜观察之前，样品需要进行一系列的准备工作。
首先，样品需要被固定在样品架上，以保持稳定。
然后，样品需要被表面处理，如金属镀膜或碳镀膜，以提高导电性。
最后，样品需要被放置在真空环境中，以避免电子束与空气分子的相互作用。
四、工作过程1. 准备好样品并放置在样品架上。
2. 打开扫描电镜，并进行必要的预热和真空泵抽气。
3. 调整电子光学系统，使得电子束聚焦到最佳状态。
4. 设置扫描控制系统，确定扫描范围和速度。
5. 开始扫描，观察样品表面形貌和成分信息。
6. 根据需要，可以调整扫描参数和检测器，以获得更详细的信息。
7. 观察结束后，关闭扫描电镜并进行必要的清洁和维护。
五、应用领域扫描电镜在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用于观察材料的晶体结构、表面缺陷和纳米结构。
在生物学中，它可以用于观察细胞和组织的形态和结构。
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4.电子计算机 5.扫描显示系统
扫描显示系统是将电子束在试样表 面和观察图像的荧光屏（CRT）进行 同步光栅扫描，把电子束与试样相互作 用产生的二次电子、背散射电子及X 射 线等信号，经过探测器及信号处理系统 后，送到CRT 显示图像或照相纪录图 像。
6. 真空系统
真空系统是保证电子枪和试样室有较高的真 空度，高真空度能减少电子的能量损失和提高灯 丝寿命，并减少了电子光路的污染。真空度一般 为0.01Pa－0.001Pa，通常用机械泵－油扩散泵 抽真空。油扩散泵的残余油蒸汽在电子束的轰击 下，会分解成碳的沉积物，影响超轻元素的定量 分析结果，特别是对碳的分析影响严重。
形貌衬度原理
背散射电子
背散射电子是指入射电子与样品相 互作用(弹性和非弹性散射 )之后，再次 逸出样品表面的高能电子，其能量接近 于入射电子能量 ( E。)。背射电子的产 额随样品的原子序数增大而增加，所以 背散射电子信号的强度与样品的化学组 成有关，即与组成样品的各元素平均原 子序数有关。
背散射电子像
2. 线分析
电子束沿一条分析线进行扫描(或试 样扫描)时，能获得元素含量变化的线 分布曲线。如果和试样形貌像(二次电 子像或背散射电子像)对照分析,能直观 地获得元素在不同相或区域内的分布。
图为 耐火材料－玻璃界面元素的变化规律，图中直线 为分析线（电子束扫描线）。研究发现，玻璃中K, Na 等 元素在界面附近的变化规律不同，K, Na离子非常容易扩散 到耐火材料内部，并进入耐火材料的玻璃相中，使耐火材 料粘度大大下降，这是引起耐火材料解体的原因之一
扫描电镜图象及衬度
二次电子像
背散射电子像
入射电子 Auger电子
背散射电子
二次电子
阴极发光 X射线
样 品
透射电子
二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样 品原子较外层电子（价带或导带电子） 电离产生的电子，称二次电子。二次电 子能量比较低，习惯上把能量小于50eV 电子统称为二次电子，仅在样品表面 5nm－10nm的深度内才能逸出表面， 这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
比
较
透射电镜一般是电子光学系统（照明 系统）、成像放大系统、电源和真空系统 三大部分组成。
1. 电子光学系统
• 电子光学系统包括 电子枪、电磁透镜、 消像散器和扫描线圈 等。其功能是产生一 定能量的电子束、足 够大的电子束流、尽 可能小的电子束直径， 产生一个稳定大倍率高（M=Ac/As）
分辨率高（d0=dmin/M总）
景深大（F≈ d0/β）
保真度好
样品制备简单
分析方法
1. 点分析
将电子探针固定在试样感兴趣的点上，进 行定性或定量分析。该方法用于显微结构的成 份分析，例如，对材料晶界、夹杂、析出相、 沉淀物、奇异相及非化学计量材料的组成等研 究。
作用：使电子束产生横向 偏转。 主要包括：用于形成光栅 状扫描的扫描系统，以及 使样品上的电子束间断性 消隐或截断的偏转系统。 可以采用横向静电场，也 可采用横向磁场。
(a)光栅扫描
(b)角光栅扫描
电子束在样品表面进行的扫描方式
8
3．信号检测放大系统
作用：收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各 种物理信号，并进行放大。 不同的物理信号，要用不同类型的收集系统（探测 器）。 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用 闪烁计数器来进行检测。 闪烁计数器是由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。 具有低噪声、宽频带(10Hz~1MHz)、高增益(106)等 特点
3. 面分析
将电子束在试样表面扫描时，元素在 试样表面的分布能在CRT 上以亮度分 布显示出来（定性分析）。
a 背散射电子成分像 1000×图 b Mg X射线像 1000×图
扫描电镜原理及结构
1. 扫描电镜的工作原理及特点 扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似。 成像原理：利用细聚焦电子束在样品表面扫 描时激发出来的各种物理信号调制成像。类 似电视摄影显像的方式。
扫 描 电 镜 成 像 示 意 图
2. 扫描电镜的主要结构
主要包括有电子光学系统、扫描系 统、信号检测放大系统、图象显示和记 录系统、电源和真空系统等。
背散射电子像的形成，就是因为样品 表面上平均原子序数Z大的部位而形成较 亮的区域，产生较强的背散射电子信号； 而平均原子序数较低的部位则产生较少的 背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较 暗的区域，这样就形成原子序数衬度。
ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背 散射电子成分像，1000×
ZrO2-Al2O3-SiO2系 耐火材料的背散射 电子像。由于ZrO2 相平均原子序数远 高于Al2O3相和SiO2 相，所以图中白色 相为斜锆石，小的 白色粒状斜锆石与 灰色莫来石混合区 为莫来石－斜锆石 共析体，基体灰色 相为莫来石。
扫描电子显微镜
引言
扫描电镜结构及原理 扫描电镜图象及衬度 扫描电镜的主要特点及分析方法 扫描电镜结果分析示例
引
言
扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写 为SEM (Scanning Electron Microscope)。SEM与 电子探针（ EPMA）的功能和结构基本相同，但 SEM一般不带波谱仪（ WDS）。它是用细聚焦的 电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用 产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断 口 形 貌 进 行 观 察 和 分 析 。 现 在 SEM 都 与 能 谱 （ EDS）组合，可以进行成分分析。所以， SEM 也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、 冶金、矿物、生物学等领域。
二次电子象
二次电子象是表面形貌衬度，它是利用 对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调 节信号得到的一种象衬度。因为二次电子信 号主要来处样品表层 5 － 10nm 的深度范围， 它的强度与原子序数没有明确的关系，便对 微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏 感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于 显示形貌衬度。 在扫描电镜中，二次电子 检测器一般是装在入射电子束 注 意 轴线垂直的方向上。