浅谈扫描电子显微镜(SEM)的组成部件及工作原理


发布时间:

2023-11-03

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)是一种可以观察样本表面形貌和组织结构的显微技术设备。它通过聚焦电子束点扫描样品表面,利用样品与电子束的各种相互作用产生的信号,在显示屏上形成样品的二维图像

浅谈扫描电子显微镜(SEM)的组成部件及工作原理,下面泽攸科技小编来介绍一下。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)是一种可以观察样本表面形貌和组织结构的显微技术设备。它通过聚焦电子束点扫描样品表面,利用样品与电子束的各种相互作用产生的信号,在显示屏上形成样品的二维图像。SEM的空间分辨率可以达到纳米级,是目前分辨率最高的电子显微技术之一。

SEM主要由电子光学系统、信号检测系统、图像处理系统、样品室、真空系统、电源系统等部件组成,各系统协同工作,完成样品的扫描成像。

1. 电子光学系统

该系统主要包括电子发射枪、电磁透镜、扫描线圈等部件。热场发射电子枪和冷场发射电子枪是两种常用的电子发射源,可以产生速度一致、路径平行的高能电子束进行样品扫描。电磁透镜包含聚焦透镜和物透镜,可精确控制电子束的聚焦,将电子束聚集在样品表面的微区上。扫描线圈可以偏转电子束,按设定的轨迹对样品表面进行二维扫描。

2. 信号检测系统  

当电子束与样品互相作用时,会激发出二次电子、反射电子、特性X射线等信号。检测这些信号可以获得样品的形貌、组成等信息。对应不同信号采用不同的检测器,如能谱仪等。

3. 图像处理系统

该系统将检测到的电子信号转换为数字信号,再经过图像处理生成样品的可视化图像,并在显示器上展示。采集到的信号越强,在图像上越亮。

4. 样品室 

样品放置于样品室内。样品室连接真空系统,可以达到10-4Pa级别的高真空,有利于电子束的传输。样品台可以进行三维移动,确保电子束可以扫描到样品的不同位置。

5. 真空系统

为了使电子束可以无碍地到达样品,样品室需要维持超高真空环境。真空系统通过机械泵和分子泵组合抽空样品室内的气体。

6. 电源系统

为SEM的各个组成部件提供稳定的工作电源,包括发射电源、透镜电源、检测电源等。

SEM的工作原理简述如下:电子枪产生电子束,经过电磁透镜聚焦调制,扫描线圈使其按轨迹扫描样品表面,与样品交互作用后发出的信号被检测并转换为图像,经过处理后显示出来。SEM因其高分辨率成像功能,被广泛应用于材料、生命科学等领域。

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供卓越的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM/SEM测量系统、ZEM系列台式扫描电镜、JS系列台阶仪等在类的多个产品线,在国内外均获得了高度关注。公司立志成为具有国际先进水平的材料表征测量仪器及半导体加工科学仪器制造商。

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