臺(tái)式掃描電子顯微鏡具有由三極電子槍發(fā)出的電子束經(jīng)柵極靜電聚焦后成為直徑為50mm的電光源。
在2-30KV的加速電壓下，經(jīng)過(guò)2-3個(gè)電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚成孔徑角較小，束斑為5-10 nm的電子束，并在試樣表面聚焦。
末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線(xiàn)圈，在它的作用下，電子束在試樣表面掃描。高能電子束與樣品物質(zhì)相互作用產(chǎn)生二次電子，背反射電子，X射線(xiàn)等信號(hào)。
這些信號(hào)分別被不同的接收器接收，經(jīng)放大后用來(lái)調(diào)制熒光屏的亮度。
由于經(jīng)過(guò)掃描線(xiàn)圈上的電流與顯像管相應(yīng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈上的電流同步，因此，試樣表面任意點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)與顯像管熒光屏上相應(yīng)的亮點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。
也就是說(shuō)，電子束打到試樣上一點(diǎn)時(shí)，在熒光屏上就有一亮點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，其亮度與激發(fā)后的電子能量成正比。
換言之，掃描電鏡是采用逐點(diǎn)成像的圖像分解法進(jìn)行的。
光點(diǎn)成像的順序是從左上方開(kāi)始到右下方，直到最後一行右下方的像元掃描完畢就算完成一幀圖像。這種掃描方式叫做光柵掃描。
臺(tái)式掃描電子顯微鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)，信號(hào)收集及顯示系統(tǒng)，真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。
(以下提到掃描電子顯微鏡之處，均用SEM代替)
真空電源
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(gè)密封的柱形容器。
真空泵用來(lái)在真空柱內(nèi)產(chǎn)生真空。有機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵以及渦輪分子泵三大類(lèi)，機(jī)械泵加油擴(kuò)散泵的組合可以滿(mǎn)足配置鎢槍的SEM的真空要求，但對(duì)于裝置了場(chǎng)致發(fā)射槍或六硼化鑭槍的SEM，則需要機(jī)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(diǎn)原因：
電子束系統(tǒng)中的燈絲在普通大氣中會(huì)迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM時(shí)需要用真空以外，平時(shí)還需要以純氮?dú)饣蚨栊詺怏w充滿(mǎn)整個(gè)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。
掃描電子顯微鏡是一種大型分析儀器；
它廣泛應(yīng)用于觀察各種固態(tài)物質(zhì)的表面超微結(jié)構(gòu)的形態(tài)和組成所謂掃描是指在圖象上從左到右、從上到下依次對(duì)圖象象元掃掠的工作過(guò)程。
它與電視一樣是由控制電子束偏轉(zhuǎn)的電子系統(tǒng)來(lái)完成的；
只是在結(jié)構(gòu)和部件上稍有差異而已。
在電子掃描中，把電子束從左到右方向的掃描運(yùn)動(dòng)叫做行掃描或稱(chēng)作水平掃描；
把電子束從上到下方向的掃描運(yùn)動(dòng)叫做幀掃描或稱(chēng)作垂直掃描。
兩者的掃描速度完全不同，行掃描的速度比幀掃描的速度快，對(duì)于1000條線(xiàn)的掃描圖象來(lái)說(shuō)，速度比為1000。
掃描電子顯微鏡利用二次電子信號(hào)成像來(lái)觀察樣品的表面形態(tài)；
即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過(guò)電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，其中主要是樣品的二次電子發(fā)射。
掃描電子顯微鏡掃描系統(tǒng)由掃描發(fā)生器和掃描線(xiàn)圈組成。
它的作用是：
使入射電子束在樣品表面掃描，并使陰極射線(xiàn)顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描；
改變?nèi)肷涫跇悠繁砻娴膾呙璺?，從而改變掃描像的放大倍?shù)。
掃描電子顯微鏡應(yīng)用的物理信號(hào)可分為：
1)電子信號(hào)，包括二次電子、背散射電子、透射電子和吸收電子。
吸收電子可直接用電流表測(cè)，其他電子信號(hào)用電子收集器；
2)特征X射線(xiàn)信號(hào)，用X射線(xiàn)譜儀檢測(cè)(EDS)。
圖像顯示系統(tǒng)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為陰極射線(xiàn)顯像管電子束強(qiáng)度的變化；
得到一幅亮度變化的掃描像，同時(shí)用照相方式記錄下來(lái)，或用數(shù)字化形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。
掃描電子顯微鏡提供必需的高真空，保證了電子束的正常掃描，還可以防止樣品受到污染；
電源系統(tǒng)主要是指各種部件的電源，如加速電壓電源、透鏡電源和光電倍增管電源等；
雖然是顯微鏡家族中的后起之秀，但由于其本身具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展速度是很快的。
掃描電子顯微鏡可以根據(jù)需要選擇大小不同的視場(chǎng)進(jìn)行觀察；
同時(shí)在高放大倍數(shù)下也可獲得一般透射電鏡較難達(dá)到的高亮度的清晰圖像，觀察樣品的景深大，視場(chǎng)大，圖像富有立體感；
可直接觀察起伏較大的粗糙表面和試樣凹凸不平的金屬斷口象等；
使人具有親臨微觀世界現(xiàn)場(chǎng)之感。
掃描電子顯微鏡可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像質(zhì)量；
如亮度及反差自動(dòng)保持，試樣傾斜角度校正，圖象旋轉(zhuǎn)；
或通過(guò)Y調(diào)制改善圖象反差的寬容度，以及圖象各部分亮暗適中。
采用雙放大倍數(shù)裝置或圖象選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察放大倍數(shù)不同的圖象。
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