什么是掃描電子顯微鏡？

掃描電子顯微鏡（SEM）是電子顯微鏡的一種，通過(guò)用電子束照射樣品并檢測(cè)樣品發(fā)射的二次電子來(lái)觀察樣品的表面狀況，是一種可以測(cè)量的裝置。

通過(guò)使用掃描電子顯微鏡，甚至可以觀察光學(xué)顯微鏡難以觀察的微小結(jié)構(gòu)。因此，它被廣泛應(yīng)用于材料工程、生物化學(xué)等領(lǐng)域。

掃描電子顯微鏡的應(yīng)用

掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)可以提高到幾十萬(wàn)倍，分辨率可以提高到幾個(gè)納米。它還具有較深的焦深，可以輕松觀察樣品的不規(guī)則性。

光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)極限約為1,000倍，分辨率極限約為150 nm，因此使用掃描電子顯微鏡可以比光學(xué)顯微鏡以更高的放大倍數(shù)和分辨率進(jìn)行觀察。

此外，與光學(xué)顯微鏡獲得的圖像不同，掃描電子顯微鏡可以獲得具有對(duì)比度的三維圖像，其中垂直于電子束入射方向的平面較暗，并且該平面越接近于平行于電子束的方向。光束越亮，可以通過(guò)肉眼觀察到。

利用這些特點(diǎn)，掃描電子顯微鏡被用來(lái)觀察半導(dǎo)體材料、陶瓷材料等各種材料的表面狀況，觀察細(xì)菌、病毒等微生物，觀察細(xì)胞等生物樣品。另一方面，當(dāng)目的是觀察樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，通常使用透射電子顯微鏡。

掃描電鏡原理

在掃描電子顯微鏡中，將加速電子束聚焦并照射到樣品表面，通過(guò)掃描檢測(cè)并分析此時(shí)產(chǎn)生的二次電子（SE）和背散射電子（BSE）。被觀察為圖像數(shù)據(jù)。

通過(guò)提高加速電壓和增加照射電子的能量，分辨率可以提高到幾個(gè)納米。提高加速電壓會(huì)提高分辨率，但如果提高太多，會(huì)出現(xiàn)來(lái)自樣品深處的背散射電子的影響和充電（充電）等問(wèn)題，因此幾kV到幾十kV的加速通常使用電壓。

二次電子是當(dāng)電子束施加到樣品上時(shí)從樣品表面附近飛出的電子。

電子的狀態(tài)根據(jù)樣品的凹凸不平而不同，在通過(guò)測(cè)量二次電子獲得的圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生對(duì)比度，使得可以觀察表面的凹凸和顆粒的形狀。

另一方面，背散射電子是當(dāng)電子束與原子相互作用時(shí)反彈的電子。

不同的原子對(duì)發(fā)射的電子具有不同的反射率。通過(guò)測(cè)量背散射電子，每種原子的對(duì)比度得到增強(qiáng)，從而可以觀察樣品中所含原子的分布。

掃描電鏡結(jié)構(gòu)

掃描電子顯微鏡主要由發(fā)射電子束的電子槍、將電子束聚焦在樣品表面的電子透鏡以及檢測(cè)二次電子和背散射電子的探測(cè)器組成。

電子槍有熱電子發(fā)射型、場(chǎng)發(fā)射型和肖特基型三種，各有不同的特點(diǎn)。電子透鏡一般采用電流流過(guò)線圈并通過(guò)磁場(chǎng)控制電子束的方法，有透鏡外法、透鏡內(nèi)法等多種類型。

測(cè)量時(shí)，掃描電子顯微鏡內(nèi)部保持約10^-4Pa的高真空，但近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出即使在低真空條件（約10^2Pa）或大氣壓下也能進(jìn)行測(cè)量的模型常用于生物領(lǐng)域，該領(lǐng)域使用含有大量樣品的樣品。

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