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扫描电镜的综述及发展

1 扫描电镜的原理

扫描电镜（ Scanning Electron Microscope,简写为 SEM）是一个复杂的系统，

浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。成像

是采用二次电子或背散射电子等工作方式，随着扫描电镜的发展和应用的拓展，

相继发展了宏观断口学和显微断口学。

扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成

细小（直径一般为 1~5nm）的电子束（相应束流为 10

-11

~10

-12

A）。在末级透镜上

方扫描线圈的作用下，使电子束在试样表面做光栅扫描（行扫 +帧扫）。入射电子

与试样相互作用会产生二次电子、背散射电子、 X 射线等各种信息。这些信息的

二维强度分布随着试样表面的特征而变（这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、

电磁特性等等），将各种探测器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号，

再传送到同步扫描的显像管并调制其亮度，就可以得到一个反应试样表面状况的

扫描图像 [1] 。如果将探测器接收到的信号进行数字化处理即转变成数字信号，

就可以由计算机做进一步的处理和存储。

扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察，因而

在设计上突出了景深效果，一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。

机构组成

扫描电子显微镜由三大部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。

真空系统

真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。

真空泵用来在真空柱内产生真空。有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大

类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨枪的 SEM 的真空要求，但对于装

置了场致发射枪或六硼化镧枪的 SEM ，则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。

成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端即为右图所示的密封

室，用于放置样品。

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