掃描電鏡成像原理

1、掃描電鏡成像原理掃描電鏡成像原理掃描成像原理如下圖所示，電子槍1（鎢絲槍或LaB6槍或場(chǎng)發(fā)射槍等）發(fā)射一束電子，這就是電子源，其最少截面的直徑為d0，對(duì)鎢絲槍而言大約為20～50μm（場(chǎng)發(fā)射槍大約為10～20nm)，這個(gè)小束斑經(jīng)3和5兩級(jí)聚光鏡進(jìn)一步縮小幾百倍，最后再經(jīng)物鏡縮小并聚焦在樣品面上，這時(shí)束斑10直徑最小可到3～6nm（約小于掃描電鏡的分辨本領(lǐng)），電子束打在樣品上，就產(chǎn)生上節(jié)所述的各種信號(hào)。二次電子和背散射電子信號(hào)是最常用的兩

2、種信號(hào)，尤其是二次電子。信號(hào)由接收器取出，經(jīng)光電倍增器和電子放大器放大后，作為視頻信號(hào)去調(diào)制高分辨顯示器的亮度，因此顯示器上這一點(diǎn)的亮度與電子束打在樣品上那一點(diǎn)的二次電子發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。由于樣品上各點(diǎn)形貌等各異，其二次電子發(fā)射強(qiáng)度不同，因此顯示器屏上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的亮度也不同。用同一個(gè)掃描發(fā)生器產(chǎn)生幀掃和行掃信號(hào)，同時(shí)去控制顯示的偏轉(zhuǎn)器和鏡筒中的電子束掃描偏轉(zhuǎn)器，使電子束在樣品表面上與顯示器中電子束在熒光屏上同步進(jìn)行幀掃和行掃，產(chǎn)生相似于電視

3、機(jī)上的掃描光柵。這兩個(gè)光柵的尺寸比就是掃描電鏡的放倍數(shù)。在顯示器屏幕光柵上的圖像就是電子束在樣品上所掃描區(qū)域的放大形貌像。圖像中亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)于樣品表面上突起部分，暗點(diǎn)表示凹的部分或背向接收器的陰影部分。由于顯示器屏幕上掃描尺寸是固定的，如14in(1in=25.4mm）顯示器的掃描面積是267200mm2，在放大倍數(shù)為十萬(wàn)倍時(shí)樣品面上的掃描面積為2.672μm2如放大倍數(shù)為20倍時(shí)，則為13.3510mm2。因此改變電子束掃描偏轉(zhuǎn)器的電流大

4、小，就可改變電子束在樣品上的掃描尺寸，從而改變掃描電鏡的放大倍數(shù)。掃描電鏡的分辨本領(lǐng)一般指的是二次電子像的空間分辨本領(lǐng)，它是在高放大倍數(shù)下，人們能從照片中分清兩相鄰物像的最小距離。通常是用兩物像邊緣的最小距離來(lái)計(jì)算。但照片放大近十萬(wàn)倍后，邊緣輪廓往往不十分清晰敏銳，難以測(cè)量準(zhǔn)確?，F(xiàn)在多數(shù)人喜歡用兩個(gè)亮點(diǎn)（或黑點(diǎn)）之間的中心距離來(lái)表示，像透射電鏡的分辨本領(lǐng)測(cè)試一樣，這種方法比較嚴(yán)格可靠。二次電子像和背散射電子像是最常用的兩種成像模式。二次

5、電子像是用二次電子探頭取出二次電子信號(hào)而成的樣品表面形貌像，這是掃描電鏡的最主要和最基本工作模式，它的分辨率高、圖像立體感強(qiáng)。背散射電子像是用背散射電子探頭取出背散射電子信號(hào)而成的像，它的分辨率和像的質(zhì)量雖不如二次電子像，立體感也差，但它可以得到樣品中大致的成分分布值化、、二值圖濾波以及二值圖運(yùn)算。圖像二值化，是把灰度圖像轉(zhuǎn)化成為二值圖像，即只有黑，白兩種灰度的圖像。設(shè)定一個(gè)灰度值作閥值，圖像中任何一個(gè)像素的灰度大于此值的則用白色（25

6、5）代替其灰度，小于則用黑色（0）代替。若經(jīng)二值分割出的二值圖不夠理想則可用二值圖濾波進(jìn)行再處理。二值圖濾波有①填洞。對(duì)整幅圖像進(jìn)行處理，把畫面上一些孤立點(diǎn)濾掉。②腐蝕濾波。去掉一些與提取特征不相關(guān)聯(lián)的部分。先設(shè)定一個(gè)一定小如33的矩陣，令此矩陣在圖像的每個(gè)像素上移動(dòng)，若矩陣的中心點(diǎn)在物體內(nèi)，則一切不變；若矩陣中心點(diǎn)在背叉斑成像在物鏡的前焦平面上，經(jīng)物鏡后電子束接近平行束并射到樣品面上，它的發(fā)射角只俠定2、電擊桌面上的［Start］。3

7、、退出視窗關(guān)閉計(jì)算機(jī).4、關(guān)閉控制面板上的電源開關(guān).5、等待15分鐘后關(guān)掉循環(huán)水.6、關(guān)掉總電源.二.方法原理方法原理1、掃描電鏡近況及其進(jìn)展掃描電子顯微鏡的設(shè)計(jì)思想和工作原理，早在1935年已經(jīng)被提出來(lái)了，直到1956年才開始生產(chǎn)商品掃描電鏡。商品掃描電鏡的分辨率從第一臺(tái)的25nm提高到現(xiàn)在的0.8nm，已經(jīng)接近于透射電鏡的分辨率，現(xiàn)在大多數(shù)掃描電鏡都能同X射線波譜儀、X射線能譜儀和自動(dòng)圖像分析儀等組合，使得它是一種對(duì)表面微觀世界能夠

8、進(jìn)行全面分析的多功能的電子光學(xué)儀器。數(shù)十年來(lái)，掃描電鏡已廣泛地應(yīng)用在材料學(xué)、冶金學(xué)、地礦學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及地質(zhì)勘探，機(jī)械制造、生產(chǎn)工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制等學(xué)科和領(lǐng)域中，促進(jìn)了各有關(guān)學(xué)科的發(fā)展。隨著納米材料的出現(xiàn)，原有的鎢燈絲掃描電鏡由于分辨率低，不能滿足納米材料分析檢測(cè)的要求，之后，電鏡生產(chǎn)廠家推出了場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，使掃描電鏡的分辨率提高到了0.8nm。場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡又分為冷場(chǎng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場(chǎng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡

9、，它們的共性是分辨率高。熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的束流大且穩(wěn)定，適合進(jìn)行能譜分析，但維護(hù)成本和要求高；冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的束流小且不穩(wěn)定，適合于做表面形貌觀察，不適合能譜分析，相對(duì)而言維護(hù)成本和要求要低一些。環(huán)境掃描電鏡的特點(diǎn)是對(duì)于生物樣品、含水樣品、含油樣品，既不需要脫水，也不必進(jìn)行導(dǎo)電處理，可在自然的狀態(tài)下直接觀察二次電子圖像并分析元素成分。2、掃描電鏡的特點(diǎn)2.1能夠直接觀察樣品表面的微觀結(jié)構(gòu)，樣品制備過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)樣品的形狀沒(méi)有任何限制，粗

10、糙表面也可以直接觀察；2.2樣品在樣品室中可動(dòng)的自由度非常大，可以作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn)，這對(duì)觀察不規(guī)則形狀樣品的各個(gè)區(qū)域細(xì)節(jié)帶來(lái)了方便；2.3圖象富有立體感。掃描電鏡的景深是光學(xué)顯微鏡的數(shù)百倍，是透射電鏡的數(shù)十倍，故所得到的圖象立體感比較強(qiáng)；2.4放大倍數(shù)范圍大，從幾倍到幾十萬(wàn)倍連續(xù)可調(diào)。分辨率也比較高，介于光學(xué)顯微鏡和透射電鏡之間；2.5電子束對(duì)樣品的損傷與污染程度小。由于掃描電鏡電子束束流小，且不是固定一點(diǎn)照射樣品表面，而是以光柵