扫描电子显微镜

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种电子显微镜。电子束照射所述目标作为一个电子束挤压从物体释放二次电子，反射电子（背散射电子，BSE），透射型电子， X射线，阴极发光（荧光），内部电动势等通过检测观察对象。通常，使用二次电子图像。使用透射电子的设备称为STEM（扫描透射电子显微镜）。

扫描型是用细的电子束扫描样品，而不是像透射型那样照射整个样品，并根据与施加电子束的坐标有关的信息构造并显示图像。将要观察的样品置于高真空（10 ^-3 Pa或更高）中，并用电子束（聚焦直径约为1-100 nm）扫描表面，该电子束会被电场或磁场收窄。尽管扫描是线性的，但是通过顺序移动扫描轴可以获得整个样本表面上的信息。

有几种类型的SEM电子束源（电子枪）可以用作光学显微镜的光源。以前，许多装备有钨制发夹和六硼化镧（LaB ₆）热电子枪，但是现在场发射（FE）类型也很流行。在该方法中，向阴极（冷阴极）施加高电压，电子束被紧接在其下方的xxx阳极加速，并且电子束束在第二阳极之后被控制。FE具有以下优点：与热电子枪相比，分辨率高并且可以在高倍率下观察，并且灯丝（探针）的寿命长。另一方面，在低倍率观察中，可获得大电流的热电子枪的图像质量可能超过FE。使用FE 的SEM称为FE-SEM。

加速电子束（0.1-30kV）由聚焦透镜（聚光镜）和物镜聚焦（即使是透镜，光束也不是可见光，因此不使用玻璃透镜，并且电场会干扰电子束）或使用磁场的电子透镜）。用于控制电子束束的透镜包括磁场型和电场型，并且磁场型透镜（电磁透镜）用于图像形成控制。另一方面，具有大像差的电场型透镜（静电透镜）用于电子束的加速/减速。由透镜聚焦的电子束由扫描线圈控制并扫描样品表面。

当电子束撞击样品时，会发生各种现象，例如二次电子的发射。从样品发出的这些信号被探测器检测并在被光电倍增管放大后发送到CRT。在CRT中，通过信号量的差异来调制亮度。在TEM的情况下，通过在荧光板上照射电子束直接观察荧光，在SEM中，将亮度调制信号的处理结果作为图像显示在显示器上，并进行观察。SEM图像显示器具有经过内部处理的时间差，并且存在观察点的移动和放大率变化伴随时间差的缺点。相反，通过调节信号处理，具有可以在不改变诸如加速电压之类的观察条件的情况下改变观察图像的亮度和对比度的优点。

由于二次电子各向同性地发射，因此通过施加电场将它们收集起来，电荷量定义为亮度。至于图像的观看方式，表面垂直于入射光束时亮度较低，而锐化部分则亮度较高（边缘效果）。

SEM的聚焦深度比光学显微镜要深两个数量级，并且可以获得具有宽聚焦范围的三维图像。尽管很容易掌握观察对象的外部形状，但是几乎没有关于对象内部的信息，因此这取决于其他方法，例如TEM。然而，如果通过冻结断裂（冻结断裂）方法等对观察对象进行处理，则可以进行一定量的内部观察。

除了检查电路和半导体组件的质量外，还可以通过适当的预处理来观察生物样本。当通过高真空二次电子法将高加速电压施加到低电导率材料（例如电池）时，需要预先在样品上涂上导电材料（铂钯，金，碳等）。这是因为，为了有效地发射二次电子，电子束的剩余能量被释放，以防止由于样品带电（充电）和图像失真而引起的过度曝光，并且将对样品表面的损害保持在最小。低真空背散射电子法（N-SEM / WET-SEM等）不需要涂层即可观察绝缘体。即使对于在分析应用（例如使用特征X射线的元素分析）中使用的SEM（EPMA），也优选使用不需要表面涂层的低真空背散射电子方法。

表面结构实际上是光学显微镜的薄弱点。通常双目立体唯才是用，也不会有太大的增加放大倍数，分辨率较低。可以在移动焦点的同时使用普通的光学显微镜观察细微的部分，如果样品不透明，则无法对其进行撞击。例如，蚂蚁体表上的头发是很难检查的部分。使用扫描电子显微镜，易于观察该部分，并且据称对于取决于领域的分类研究是必不可少的。