yy.vip易游-扫描电子显微镜的基本原理分析

更新时间：2026-02-23

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　　扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源；点光源在加速电压下形成高能电子束；高能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号。此时，电子信号会被样品上方不同信号接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录 (图a) 。由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号有：俄歇电子 (Au E) 、二次电子 (SE) 、背散射电子 (BSE) 、X射线 (特征X射线、连续X射线) 、阴极荧光 (CL) 、吸收电子 (AE) 和透射电子。每种电子信号的用途因作用深度而异。扫描电子显微镜可对材料的表面进行高倍率观察及高精度元素分析，在纳米技术、生命科学、产品设计研发及失效分析等领域有着广泛的应用。近年来，......

　　扫描电子显微镜的工作原理：扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇

　　电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜的分辨率为0.2n

　　以下列举电镜常见的应用（截至1984年），其在对外贸易和军事等其他领域也有其用武之地。物理学分子和原子形态的研究；晶体薄膜位错和层错的研究；表面物理现象的研究等。化学高分子结构和性能方面的研究；一些有机复合材料的结构形态和添加剂的研究；催化剂的研究：各种无机物质性能、结构、杂质含盘的研究；甚至

　　分析电子显微镜是由透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针组合而成的多功能的新型仪器。

　　透射电子显微镜(Transmission electron microscopy，TEM)，简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为

　　扫描电镜虽然是显微镜家族中的后起之秀，但由于其本身具有许多独特的优点，发展速度是很快的。 1 仪器分辨率较高，通过二次电子像能够观察试样表面6nm左右的细节，采用LaB6电子枪，可以进一步提高到3nm。 2 仪器放大倍数变化范围大，且能连续可调。因此可以根据需要选择大小不同的视场进行观察，同时在高放

　　●照明部分装在镜台下方，包括反光镜,集光器。（1）反光镜：装在镜座上面，可向任意方向转动，它有平、凹两面，其作用是将光源光线反射到聚光器上，再经通光孔照明标本，凹面镜聚光作用强，适于光线较弱的时候使用，平面镜聚光作用弱，适于光线）集光器(聚光器)位于镜台下方的集光器架上，

　　扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。原则上讲，

　　因电子束穿透样品后，再用电子透镜成像放大而得名。它的光路与光学显微镜相仿，可以直接获得一个样本的投影。通过改变物镜的透镜系统人们可以直接放大物镜的焦点的像。由此人们可以获得电子衍射像。使用这个像可以分析样本的晶体结构。在这种电子显微镜中，图像细节的对比度是由样品的原子对电子束的散射形成的。由于电

　　扫描电镜虽然是显微镜家族中的后起之秀，但由于其本身具有许多独特的优点，发展速度是很快的。1 仪器分辨率较高，通过二次电子像能够观察试样表面6nm左右的细节，采用LaB6电子枪，可以进一步提高到3nm。2 仪器放大倍数变化范围大，且能连续可调。因此可以根据需要选择大小不同的视场进行观察，同时在高放大倍

　　显微镜景深是指显微镜所能观察到的焦距范围，通常客户在使用显微镜的时候对景深的要求不是很高，也有很多朋友对这个参数不是很注意，但是一些特殊的工作和特殊的产品对显微镜景深的要求比较高，这样们就需要提高显微镜的景深。通过主机本身来提高景深是很难的，这样的情况下，我们只能通过更换显微镜的物镜来提高景

　　扫描电子显微镜的主要结构1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（*、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。4.图象显示和记录系统：早期SEM采用显象管、照相机等。数字式SEM采用电脑系统进行图象显

　　扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy，STEM)既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。STEM用电子束在样品的表面扫描，通过电子穿透样品成像。STEM技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复杂。

　　扫描电子显微镜是一种多功能的仪器,具有很多优越的性能,是用途最为广泛的一种仪器,它可以进行如下基本分析: [8](1)三维形貌的观察和分析； [8](2)在观察形貌的同时,进行微区的成分分析。 [8]①观察纳米材料。所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0. 1～100 nm范

　　扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5 ～ 35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子

　　在扫描电镜中, 入射电子束在样品上的扫描和显像管中电子束在荧光屏上的扫描是用一个共同的扫描发生器控制的。这样就保证了入射电子束的扫描和显像管中电子束的扫描完全同步, 保证了样品上的“物点”与荧光屏上的“象点”在时间和空间上一一对应, 称其为“同步扫描”。一般扫描图象是由近100万个与物点一一对应的图

　　电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由照明系统、成像系统、线

　　电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的zui小间距来表示。20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米（人眼的分辨本领约为0.1毫米）。现在电子显微镜zui

　　一、扫描电子显微镜的工作原理扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是zui主要的成像信号。由电子枪发射的能量为5-35keV的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和

　　由于扫描电子显微镜具有上述特点和功能，所以越来越受到科研人员的重视，用途日益广泛。扫描电子显微镜已广泛用于材料科学（金属材料、非金属材料、纳米材料）、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害（火灾、失效分析）鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等

　　扫描电子显微镜具有由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成为直径为50mm的电光源。在2-30KV的加速电压下，经过2-3个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成孔径角较小，束斑为5-10m m的电子束，并在试样表面聚焦。末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下，电子束在试样表面扫描。高能电子

　　透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, 简称TEM），是一种把经加速和聚集的电子束透射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度等相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件（如

　　分辨率分辨能力是电子显微镜的重要指标，电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示，即称为该仪器的最高点分辨率：d=δ。显然，分辨率越高，即d的数值（为长度单位）愈小，则仪器所能分清被观察物体的细节也就愈多愈丰富，也就是说这台仪器的分辨能力或分辨本领越强。分辨率与透过样品的电子束入射锥

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