扫描电子显微镜的基本构造

扫描电子显微镜的基本结构在英文资料中描述如下：

The Scanning Electron Microscope

A scanning electron microscope，like the TEM，consists of an electron optical column，a vacuum system and electronics.The column is considerably shorter because there are only three lenses to focus the electrons into a fine spot onto the specimen；in addition there are no lenses below the specimen.The specimen chamber，on the other hand，is larger because the SEM technique does not impose any restriction on specimen size other than that set by the size of the specimen chamber.

All the components of a SEM are usually housed in one unit.On the right is the electron optical column mounted on top of the specimen chamber.In the cabinet below this is the vacuum system.On the left is the display monitor，the keyboard and a “mouse” for controlling the microscope and the camera.All the rest is below the desk top which gives the whole instrument its clean appearance.

The electron gun at the top of the column produces electron beam which is focused into a fine spot less than 4 nm in diameter on the specimen.This beam is scanned in a rectangular raster over the specimen.Apart from other interactions at the specimen，secondary electrons are produced and these are detected by a suitable detector.The amplitude of the secondary electron signal varies with time according to the topography of the specimen surface.The signal is amplified and used to cause the brightness of the electron beam in a cathode ray tube （CRT） to vary in sympathy.Both the beam in the microscope and the one in the CRT are scanned at the same rate and there is a one to one relationship between each point on the CRT screen and a corresponding point on the specimen.Thus a picture is built up.The ratio of the size of the screen of the viewing monitor（CRT） to the size of the area scanned on the specimen is the magnification.Increasing the magnification is achieved by reducing the size of the area scanned on the specimen.Recording is done by photographing the monitor screen（or，more usually，a separate high resolution screen），making videoprints or storing a digital image.

扫描电子显微镜由电子光学系统（镜筒）、扫描系统、信号检测放大系统、图像和记录系统、真空系统、电源系统六部分组成。图3-31为扫描电子显微镜的工作原理图。

电子枪发射能量为5～35keV的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜缩小后形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，在样品表面按一定时间、空间顺序进行栅网式扫描。聚焦电子束与样品相互作用，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子等，这些物理信号的强度随样品表面特征而变。二次电子等信号被探测器收集转换成电信号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。

图3-31　扫描电子显微镜的工作原理(www.xing528.com)

1.电子光学系统（镜筒）　电子光学系统由电子枪、聚光镜、光阑、样品室等部件组成，其作用是将来自电子枪的电子束聚焦成亮度高、直径小的入射束（直径一般为10nm或更小）来轰击样品，使样品产生各种物理信号。

扫描电子显微镜的电子枪与透射电子显微镜电子枪类似，只是加速电压比透射电子显微镜要低。

样品室位于镜筒的下部，内设样品台，可使样品在x、y、z三个坐标方向上移动，也可使样品进行转动R和倾斜T，通过5个自由度的选择，使样品各个部位都可以进行观察，尤其是对于大尺寸样品很容易找到感兴趣的观测部位。

2.扫描系统　扫描系统由扫描信号发生器、扫描放大控制器、扫描偏转线圈等组成，其作用是使电子束在试样表面按一定时间、空间顺序做栅网式扫描。

扫描线圈是扫描电子显微镜的重要组成部分，一般放置在最后两个透镜之间，有的也放在末级透镜的空间内，使电子束进入末级透镜强磁场区前就发生偏转。为保证方向一致的电子束都能通过末级透镜的中心射到样品表面，扫描电子显微镜采用双偏转扫描线圈。上扫描线圈使电子束偏转离开光轴，下扫描线圈又将偏转的电子束折回光轴，最后通过物镜光阑中心入射到样品上。利用扫描线圈的电流强度随时间交替变化，使电子束按一定的顺序偏转通过样品上的每个点，并对相应点取样，这就是扫描作用。

3.信号检测放大系统　信号检测放大系统由闪烁体、光导管、光电倍增管等部件组成。该系统的作用是收集样品在入射电子束作用下产生的各种物理信号，然后经视频放大后送入显示系统。

4.图像显示和记录系统　将信号检测放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极射线管荧光屏上的图像，供观察和记录。

5.真空系统　真空系统要确保电子光学系统正常工作、防止样品污染、灯丝氧化所必须的真空度。一般情况下真空度应大于10-4Torr。

6.电源系统　电源系统提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。它由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成。