是扫描电子显微镜工作原理的示意图。电子枪发出的电子束在加速电压中(通常为200V～在30kV的影响下，由两三个电磁透镜组成的电子光学系统被聚集成纳米尺度的束斑聚焦在样品表面。
电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束与显示屏扫描同步，在样品表面的一定细微区域逐点扫描。由于高能电子束与样品的相互作用，各种信号(如二次电子、背散射电子、X射线、俄歇电子、负极透明、吸收电子等。)从样品中发出。
这些信号被相应的探测器接收。放大器和调制解调器处理后，不同的亮度显示在显示屏的相应位置，产生反映样品二维形状的图像或其他可以理解的对比机制图像，符合我们的人类观察习惯。
由于图像显示器的像素尺寸远远大于电子束斑尺寸(0.1)mm/1nm=100,000倍)而且显示器的像素尺寸小于等于人眼通常的分辨率，这样显示屏上的图像就相当于放大了样品上相应的细微区域。
通过调整扫描线圈偏移磁场，可以控制样品表面扫描区电子束的大小。理论上扫描区可以无限小，但可显示的图像有效放大倍数的限制取决于扫描电子显微镜的分辨率水平。最初的模拟图像导出选择高分辨率照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后清洗照片。然而，随着电子技术和计算机技术的发展，扫描电子显微镜的显像已经完全实现了数字图像。
§1.简述
当进射电子和样品的原子核和核外电子产生弹性散射和非弹性散射时，电子枪产生的高能电子束轰击样品表面。
弹性散射是冲击系统中电子能量和动量守恒的透射，是原子在入射电子和样品之间相互作用后，只改变轨迹，能量基本不变的透射过程。从0的角度改变轨道°到180°平均变化角度约为0.1弧度，间变化。
非弹性散射是冲击系统中电子能量或动量不守恒的透射，是入射电子与样品原子相互作用后能量损失的透射，其中电子动量损失是由多种机制(产生二次电子、韧性辐射、内壳层电离、等离子体和光子激起)产生的。对于非弹性散射，电子轨道的变化角度一般低于0.01弧度。
一般而言，固体样品中入射电子的韧性和非弹性散射过程应重复数次，透射范围逐渐扩大。
在这个过程中，高能电子束激发了各种信号(图2-2)来反映样品的形状、结构和成分，例如二次电子。(SE)、背散射电子(BSE)、透射电子(TE)、俄歇电子，特征X射线，持续X射线(致辐射)、负极莹光(CL)、吸收电子(AE)、电子束感生电流等。
其中，二次电子、背散射电子、俄歇电子、透射电子为电子信号，电磁波信号为X射线、持续X射线和负极莹光，电流信号为电流信号吸收电子和电子束感生电流。我们称各种信号与原始电子束信号的比例为某些信号的产量。
扫描电子显微镜的作用是使一个细小的聚焦电子束直射样品，分别检查样品发出的各种信号，最后根据各种信号的产量和大小，以图像的形式显示在明暗中。
扫描电子显微镜中使用的信号通常不是一次性传输，而是电子经过多次传输和能量损失后的总效应。扫描电子显微镜主要使用二次电子和背散射电子来观察样品。
能谱仪或波谱仪的成分分析是利用X射线的能量和强度来定性和定量分析非弹性散射产生的特性。晶体的弹性散射也会产生与晶体结构相关的布拉格衍射，从而获取晶体结构信息。
如图2-3所示，一个入射电子可以产生多个二次电子、二次电子和背散射电子，以及俄歇电子的强度和能量分布。
样品中各种信号的穿透深度和扩展范围也各不相同，图2-4为各种信号在样品中的穿透深度。(Zx)。
从图2-3和2-4可以看出，俄歇电子的逸出深度最小，一般小于1nm，但产量很低，所以俄歇电子不是在扫描电镜中独立采集的;
二次电子的逸出深度低于10nm，空间识别好，产量高。因此，二次电子是扫描电子显微镜采集中最重要的信号之一。
虽然背散射电子的空间分辨率不如二次电子，但由于其特殊的内衬机制和较高的产量，也是扫描电子显微镜的重点收集信号;X射线的特性范围很广，一般是μm量级，主要由第三方能谱仪采集;
负极莹光信号分辨率进一步降低，但由于其特点，扫描镜中也有明确的探测器进行采集;如果样品很薄，电子束足以通过样品产生透射电子，主要是用透射镜观察，但散射信号也可以在扫描镜中采集;
此外，原始电子束和样品的功能最终被样品吸收，因为能量损失耗尽，产生吸收电流。扫描电子显微镜还可以收集吸收电流的信号，观察样品的特殊特性。
以下是SEM/EDS系统分析中常用的信号，在扫描电镜中有非常丰富的信号。
§2.二次电子(SE)
入射电子和样品中的弱束缚电子产生非弹性散射和发电，称为二次电子，如图2-5所示。二次电子能量低，习惯上称为能量低于50eV的二次电子。
二次电子产生面积较小，仅从试样表面5。～10nm深度可以逸出表面，这也是二次电子像分辨率高的原因之一。
二次电子也可以分为四类：
(1)二次电子1(SE1)：样品中由入射电子激发的二次电子;
二次电子2(SE2)：二次电子是由试样中背散射电子激发的;
二次电子3(SE3)：远离电子束入射点的试样电子背散射产生的二次电子;
(4)二次电子4(SE4)：二次电子是由入射束电子在电子光学镜筒中激发的。
二次电子对样品的表面状态特别敏感，其产量δ主要取决于样品的表面形状，所以二次电子主要用于形状观察。此外，二次电子产量随着原子序数的变化而变化。后面将详细介绍二次电子产量、形状和成分之间的关系。
二次电子产量与入射电子束能量除了样品的外观和成分外，还有关系。二次电子产量δ如图2-6所示，与入射电子能量的关系。
对大多数材料而言，这条曲线的特点是：当入射电子能量较低时，这条曲线具有相同的方法，δ随着电子束能量E的增加而增加;当电子束能量高时，δ随着能量的增加而逐渐减少。二次电子产量在一定能量Emax中最大。
Emax的金属材料大致是100。～800eV，绝缘Emax大致是2000eV。二次电子产量与入射电子能量的关系是巨大的。可以理解为，随着入射电子能量的增加，启动的二次电子自然增加，但入射电子进入样品的深度也在增加。因此，启动的二次电子越来越难逃脱。因此，在入射电子能量大于Emax后，启动的二次电子能量会减少。
V22常用材料表2-2
背散射电子是卢瑟福在样品中被原子核透射的入射电子形成的大视角透射，如图2-7所示，样品表面的高能电子再次逸出。
背散射电子可分为弹性散射和非弹性散射，其弹性散射的背散射电子能量接近入射电子。
客服1