弄懂扫描电子显微分析(SEM)介绍

(1)为什么要保持真空？

电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用 SEM 时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。同时也可以增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。

(2)用于产生电子束的电子枪有什么要求？

电子枪的作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪（如钨丝）。其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在 5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。而高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪（热场/冷场），使二次电子像的分辨率达到 2nm。但这种电子枪要求很高的真空度。

2. 测试原理

试样在电子束作用下，激发出各种信号，对其中的二次电子或者背散射电子进行收集，经信号处理放大系统后，输送到显像管栅极以调制显像管的亮度。试样表面上任一点所收集来的信号强度与显像管屏上相应点亮度之间是一一对应的。

3. 特点

• 分辨本领强，主要用于表面分析；

• 放大倍率变化范围大；

• 景深大，图像立体感强；

• 试样制备简单；

• 可以通过电子学的方法有效控制和改善图像质量；

• 可以同时进行微观形貌观察、微区成分分析和晶体结构分析。

4. 用途

（1）扫描电镜用途

• 可以研究材料表面和断面的微观形貌（最主要）；

• 如有配置能谱分析仪或波谱仪，可对材料的微区成分进行定性和半定量分析（对特征X射线）

• 如有背散射电子衍射仪，还可以对材料的晶体结构进行分析；

（2）两种成像模式

扫描电镜的二次电子像和背散射电子像是非常重要的两种成像模式，二次电子像的分辨率高，特别适合观察材料的相貌（主要表面形貌程度），背散射电子像可以反映材料的成分信息（主要原子序数衬度）；

为什么二次电子具有表面形貌衬度，而背散射电子具有原子序数衬度？(重要）
因为表面上陡峭处以及边缘处附近电子“逃逸距离"更小，从而更多被收集，在屏幕上会更亮，从而具有表面形貌衬度。
而原子序数越大的原子核对电子的背散射能力越强，背散射电子被收集到更多，在屏幕上更亮，从而具有原子序数衬度。