1、电子束与样品的相互作用:SEM的核心是高能电子束,它被聚焦到样品表面。当电子束与样品相互作用时,会产生多种信号,包括但不限于二次电子(SE)、背散射电子(BSE)、特征X射线、俄歇电子等。
2、二次电子(SE)检测:
原理:SE是从样品表面几纳米深度内产生的电子,对表面形貌非常敏感,能提供高分辨率的表面图像。
探测器:通常使用半导体材料制成的SE探测器,如硅针尖,来捕捉这些低能量电子。
3、背散射电子(BSE)检测:
原理:BSE来自样品较深的区域,由入射电子与原子核的弹性散射产生,其产额与原子序数相关,因此可用于元素的定性和定量分析以及成分差异的成像。
探测器:常用的BSE探测器是固态探测器,含有p-n结,通过吸收背散射电子并产生电子空穴对来工作,电流大小与接收的电子数量成正比。
4、特征X射线(EDX)检测:
原理:当入射电子激发样品原子内部电子跃迁时,释放出特征X射线,每种元素的X射线能量是特定的,可用于元素的定性与定量分析。
探测器:使用能量分散谱仪(EDX)来收集和分析这些X射线,EDX能谱可以显示样品中元素的种类和分布。
5、信号收集与显示系统:
收集到的信号(如SE和BSE)被放大,并转换成电信号,这些信号进一步处理后用于调制显像管或现代数字显示器的亮度,生成图像。
对于X射线信号,EDX系统会分析每个光子的能量,生成元素的能谱图,与图像结合使用,提供化学成分信息。
6、真空系统:
为了减少空气分子对电子束的散射,SEM内部需要维持高真空环境,确保信号的高效传输和减少干扰。
7、样品制备:
样品必须适合SEM的观察条件,包括干燥、具有一定的机械强度、导电性或经过镀膜处理,以减少充电效应和提高图像质量。
通过这些机制,扫描电镜能够提供样品的表面形貌、成分分布、晶相结构等多方面的信息,是材料科学、生物学、地质学等领域重要的分析工具。
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